KR20130034010A - Method for preparing a solid-state battery by sintering under pulsating current - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 상태의 바디를 가지는 완전한 고체 상태의 리튬-이온 배터리를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 양극 활성화 재료 및 고체 전해질을 포함하는 하나 이상의 파우더 혼합 층, 고체 전해질의 하나 이상의 중간 층, 및 음극 활성화 재료 및 고체 전해질을 포함하는 하나 이상의 파우더 혼합 층을 쌓는 과정과 동시에 펄스 전류를 통한 적어도 20MPa의 압력에서 3 개의 층을 소결하는 과정을 통해서 상기 배터리가 단일 과정으로 조립된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 통해서 얻어지는 리튬-이온 배터리에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method of providing a solid state lithium-ion battery having a solid state body, comprising: at least one powder mixing layer comprising a cathode active material and a solid electrolyte, at least one intermediate layer of a solid electrolyte, and a cathode The battery is assembled in a single process by stacking three or more layers at a pressure of at least 20 MPa through a pulsed current simultaneously with stacking one or more powder mixed layers comprising an activating material and a solid electrolyte. The present invention also relates to a lithium-ion battery obtained through the above method.
Description
본 발명은 펄스 전류 소결 방식에 의한 "전 고상형(all-solid-state)" 리튬-이온 배터리를 제조하는 과정 및 상기 과정에 의해 제조되는 "전 고상형" 배터리에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing an "all-solid-state" lithium-ion battery by a pulse current sintering method and to an "all solid state" battery produced by the process.
본 발명은 (마이크로 배터리와는 반대로) "전 고상형" 대용량 전기 화학적 발전기 제조에 적용할 수 있다.The invention is applicable to the manufacture of "all solid" large capacity electrochemical generators (as opposed to micro batteries).
마이크로 배터리는 극박의 "전 고상형" 배터리로서, 배터리의 각 요소가 (세라믹 재질로 층을 이루는) 얇은 고체 층의 형태를 가진다. 이는 일반적으로 3 개 이상의 층으로 구성되고, 상기 층은 음극(애노드), 양극(캐소드), 및 상기 음극과 상기 양극을 분리하고 이온 전도성을 제공하는 전극으로 구성된다. 일반적으로, 리튬 금속이 음극의 재질로서 선택된다. 양극에 사용되는 재료는 종래의 리튬-이온 배터리에 사용되는 것과 동일하다. 고체 전극은 일반적으로 유리 산화물계 재질이지만, 보다 좋은 이온 전도성을 위하여 산화황화물 또는 산화질화물이 사용될 수 있다. Micro-batteries are ultra-thin "all-solid-state" batteries in which each element of the battery is in the form of a thin solid layer (layered from ceramic material). It is generally composed of three or more layers, the layer consisting of a cathode (anode), an anode (cathode), and an electrode that separates the cathode and the anode and provides ion conductivity. In general, lithium metal is selected as the material of the negative electrode. The material used for the positive electrode is the same as that used for a conventional lithium-ion battery. Solid electrodes are generally glass oxide based materials, but oxysulfide or oxynitride may be used for better ionic conductivity.
현재 리튬-이온(Li-ion) 배터리는 시중에 판매되는 대부분의 이동 전자기기에 사용된다. 리튬-이온 배터리는 여러 장점을 가지며, 특히, Li-ion batteries are currently used in most mobile electronic devices on the market. Lithium-ion batteries have several advantages, in particular,
- 니켈계 축전기와 비교할 때, 메모리 효과가 없고,-No memory effect when compared with nickel-based capacitors,
- 자기 방전 정도가 낮고,-Low self-discharge,
- 관리가 필요 없고,-No management required,
- 단위 질량 당 높은 에너지 밀도를 가진다는 장점이 있다. 따라서, 상기 배터리는 모바일 시스템 분야에서 널리 사용되고 있다. -Has the advantage of having a high energy density per unit mass. Therefore, the battery is widely used in the field of mobile systems.
"전 고상형" 리튬-이온 배터리, 즉 두 개의 전극 및 전해물이 고체 재질로 만들어져 있는 배터리의 경우 액체 또는 젤 전해질 기반의 종래 배터리 보다 좋은 성능을 가지기 때문에 매우 주목 받고 있다. 이는 특히 종래 리튬-이온 배터리의 문제점이었던 안전성과 환경문제에 근본적인 해결책을 제공한다. 액체 전해질을 가지지 않는 재충전 가능한 배터리는 예를 들어, 열적 안정성, 누출 및 오염될 염려가 없다는 점, 충격과 진동에 강한 저항성을 가진다는 점, 전기 화학적 안정성에 있어서 보다 큰 창, 및 전지(cell)를 재처리할 때 환경에 주는 영향에 있어서 이점이 있다. “All solid state” lithium-ion batteries, ie batteries in which two electrodes and electrolytes are made of a solid material, are drawing attention because they have better performance than conventional batteries based on liquid or gel electrolytes. This in particular provides a fundamental solution to the safety and environmental problems that have been a problem with conventional lithium-ion batteries. Rechargeable batteries without liquid electrolytes are, for example, thermally stable, free from leakage and contamination, have a strong resistance to shock and vibration, larger windows in electrochemical stability, and cells There is an advantage in the environmental impact of reprocessing.
마이크로 생성기의 여러 층은 주로 캐소드 스퍼터링(sputtering) 방식 및 열적 증발 방식과 같은 물리적 기상 증착 장법(physical vapor phase deposition method)에 의하여 만들어 진다. 상기 여러 층은 연속적으로 놓이게 되고, 그 결과 재료들이 서로 확실히 결합하고 매우 고운 접촉면을 생성할 수 있게 한다. "전 고상형" 대용량 배터리의 경우 합성물/전해질/Li-M 금속 합금 전극의 다중 층으로 구성되어 있고, 상기 다중 층에서 층들 사이의 결합은 대개 단순한 냉각 압력 방식을 통해서 이루어진다. Kitaura H. 등의 "Journal of Power Sources, 2009, 189, 145-148"에서는 "전 고상형" Li-In/ Li4Ti5O12 배터리의 제조 방법이 기재되어 있으며, 여기서 상기 배터리의 전해질은 세라믹을 결정화함으로써 만들어지고 그 후 전극과 전해질은 냉각 압력 방식을 통해서 결합되게 된다. Sakuda A. 등의 "Journal of Power Sources, 2009, 189, 527-530"에서는, 더 나아가 산화 코팅된(Li2SiO3 및 SiO2) LiCoO2 전극 및 세라믹 전해질(Li2S-P2S5)을 포함하는 리튬 이차 전지의 제조 방법을 기재하고 있다. 이 문서에 기재된 방법에 있어서, 상기 세라믹 전해질 층은 (210℃에서 4시간 동안의) 열 처리에 의하여 독립적으로 생성된다. 양극은 LiCoO2 파우더와 그라운드 세라믹 전해질(ground ceramic electrolyte)의 혼합물을 사용하여 만들어진다. 음극은 인듐 포일(foil)이다. 하지만, 두 번째 실시예로서, 배터리를 생성하는 단계는 복수의 단계와 제한된 조건를 필요로 하며, 이는 양극 층과 세라믹 전해질을 냉각 압축한 후 인듐 포일을 글로브 박스(glove box) 내 아라곤 공기에 적용시킴으로써 형성되기 때문이다. 또한, 냉각 압력 방식에 의하여 배터리를 형성하는 상기 기술은 층들 사이에 양질의 경계면을 보장하지 않기 때문에, 역학적으로 제한되는 사항이 많고, 이는 얇은 전극이 반드시 사용되어야 한다는 것을 의미하고 이들 전극이 매우 얇기 때문에 전극은 적은 활성 물질(0.79 cm2의 범위 당 7 mg, 즉 9 mg/cm2미만의 활성 물질)을 포함한다는 것을 의미한다. The various layers of the microgenerator are mainly made by physical vapor phase deposition methods such as cathode sputtering and thermal evaporation. The layers are laid in succession, as a result of which the materials can be firmly bonded to each other and create a very fine contact surface. “All solid state” large capacity batteries consist of multiple layers of composite / electrolyte / Li—M metal alloy electrodes, in which the bonding between the layers is usually achieved through a simple cooling pressure method. Kitaura H. et al., " Journal of Power Sources , 2009, 189 , 145-148," describes a method for producing a "all-solid" Li-In / Li 4 Ti 5 O 12 battery, wherein the electrolyte of the battery It is made by crystallizing the ceramic and then the electrode and electrolyte are combined by cooling pressure method. In Sakuda A. et al., " Journal of Power Sources , 2009, 189 , 527-530", furthermore, oxide coated (Li 2 SiO 3 and SiO 2 ) LiCoO 2 electrodes and ceramic electrolytes (Li 2 SP 2 S 5 ) The manufacturing method of the lithium secondary battery containing is described. In the method described in this document, the ceramic electrolyte layer is produced independently by heat treatment (for 4 hours at 210 ° C.). The anode is made using a mixture of LiCoO 2 powder and ground ceramic electrolyte. The cathode is indium foil. However, as a second embodiment, the step of generating the battery requires a plurality of steps and limited conditions, which is achieved by cold compressing the anode layer and the ceramic electrolyte and then applying the indium foil to the argon air in the glove box. Because it is formed. In addition, the technique of forming the battery by the cooling pressure method does not guarantee a good interface between the layers, so there are many mechanical limitations, which means that thin electrodes must be used and these electrodes are very thin. This means that the electrode contains less active material (7 mg per range of 0.97 cm 2 , ie less than 9 mg / cm 2 active material).
또한, 펄스 전류 소결 방식(pulsed current sintering)을 통해 얇은(전극 및/또는 고체 전해질) 필름을 생성하는 방법이 종래 제시되었다. Xu X.등의 "Material Research Bulletin, 2008, 43, 2334-2341"에서는, Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3 (LATP) 나노파우더(nanopowder)의 펄스 전류 소결 방식을 통해 NASICON-형 구조(혼합물 Na3Zr2Si2PO12의 구조)를 가지는 고체 전해질을 생성하는 방법을 기재하고 있다.In addition, a method of producing a thin (electrode and / or solid electrolyte) film through pulsed current sintering has been conventionally presented. In Xu X. et al., "Material Research Bulletin, 2008, 43 , 2334-2341," NASICON-type structure through pulse current sintering of Li 1.4 Al 0.4 Ti 1.6 (PO 4 ) 3 (LATP) nanopowder. A method for producing a solid electrolyte having a (structure of the mixture Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 ) is described.
Nagata K. 등의 "Journal of Power Sources, 2007, 174, 832-837"에서는, 소결 방식을 통한 "전 고상형" 세라믹 배터리의 제조 방법이 기재되어 있다. 본 문헌에는 고체형의 결정성 산화물 전해질을 포함하는 "전 고상형" 배터리의 제조는, 열처리가 전해질 층과 상기 전해질 층과 접촉해 있는 활성 전극 재료 사이에서 고체 상태의 반응을 유발시키고, 이 때문에 전해질/전극의 경계면의 전기 화학적 비활성화 상태가 유발된다는 점에 있어서, 배터리의 제조가 곤란하다고 기재되어 있다. 본 문헌의 저자는, 고체 전해질로서 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)과 같은 인산염, 및 활성 전극 재료로서 LiCoPO4 et Li3Fe2(PO4)3과 같은 인산염을 사용하였으며, 이는 화학 반응이 일어나지 않으며 공동-소결 방식(co-sintering)을 수행할 수 있고 그 후 경계면은 활성 상태에 놓이게 된다. 이 경우, 상기 소결 작용은 공기중에서 800℃로 5 시간 동안 수행되게 된다. 하지만, 본 문헌의 과정에 따라 사용된 전극 재료는 전극 재료와 달리 제제(agent)를 제공하는 전자-전도성을 가지지 않으며, 이는 유리한 전기 화학적 성질을 가지는 배터리를 제조하기 위하여 매우 작은 전극 두께(10 ㎛미만)로 동작되어야만 한다는 것을 의미하지만, 그 용량은 마이크로 배터리의 용량과 유사하다.Nagata K. et al., " Journal of Power Sources , 2007, 174 , 832-837", describes a method for producing a "all solid state" ceramic battery by a sintering method. The manufacture of "all-solid-state" batteries comprising solid crystalline oxide electrolytes in this document indicates that heat treatment causes a solid state reaction between the electrolyte layer and the active electrode material in contact with the electrolyte layer, The manufacture of batteries is described as difficult in that the electrochemical deactivation state of the interface of the electrolyte / electrode is caused. The authors of this document used phosphates such as Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 (LATP) as solid electrolytes and phosphates such as LiCoPO 4 et Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 as active electrode materials. This does not cause a chemical reaction and can carry out co-sintering, after which the interface becomes active. In this case, the sintering operation is performed for 5 hours at 800 ℃ in air. However, the electrode material used according to the process of this document does not have an electron-conductivity to provide an agent, unlike the electrode material, which is very small electrode thickness (10 μm) to produce a battery having advantageous electrochemical properties. But its capacity is similar to that of a micro-battery.
마지막으로, 문서 EP 2 086 038에는 양극, 음극 및 상기 두 전극 사이에 배치되는 고체 전해질을 포함하는 전 고상형 배터리가 기재되어 있다. 각각의 전극은 활성 재료(예를 들어, 양극에는 LiMn2O4 또는 음극에는 SiO2)를 포함하고, 카본 또는 흑연과 같은 이온 전도성 제제(전해질) 및 전자 전도성 제제를 포함한다. 상기 전해질의 함량은 상기 전해질의 무게에 대하여 30 wt%를 넘지 않는다. 특히, 본 문헌에서는, 만약 상기 전해질의 함량이 및 전자-전도성 생성제의 함량이 너무 높다면, 각각의 전극 내 활성 재료의 양이 감소하게 될것이고 그 결과 상기 배터리의 용량은 감소하게 된다는 것이 기재되어 있다. 또한, 여기서 얻어지는 전극 층은 약 12 내지 15 ㎛ 정도로 얇은 두께를 가진다. 하지만, 얇은 두께는 배터리에 저장될 수 있는 에너지의 량을 감소시킬 수도 있다. 본 문헌에서는 또한, 상기 배터리를 제조하는 방법에 대하여 기재되어 있다. 상기 과정은 복수의 단계로 구성되어 있으며, 상기 단계는 양극 스트립을 제조하는 단계, 음극 스트립을 제조하는 단계, 및 중간 전극 스트립을 제조하는 단계를 각각 포함한다. 이를 위하여, 아크릴계(폴리머)의 바인더가 각 스트립에 사용되고, 상기 바인더는 그 후 소각되어 순차적으로 제거된다. 그 후, 상기 전극 스트립은 상기 전해질 스트립에 대하여 가압되게 되고 그 조립체는 소결되게 된다.Finally,
따라서, 현재까지 양질의 전기 화학적 성질을 가지며 얇은 세라믹 전극(예를 들어, 약 30 ㎛ 또는 그 이하의 두께)을 가지는 전 고상형 리튬-이온 배터리 제조 방법, 특히 복합 전극 내 전자-전도성 생성제와 관련하여 단일 과정에서 얻어지는 배터리 제조 방법은 존재하지 않으며, 종래 방법은 전극의 밀도 및 복합 전극 내 전극/전해질 경계면에서의 접착력에 불리한 영향을 준다.Thus, to date, all-solid-state lithium-ion battery manufacturing methods having good electrochemical properties and having thin ceramic electrodes (eg, thicknesses of about 30 μm or less), in particular electron-conducting generators in composite electrodes, There is no battery manufacturing method obtained in a single process in this regard, and the conventional method has an adverse effect on the density of the electrode and the adhesion at the electrode / electrolyte interface in the composite electrode.
따라서, 본 발명의 발명자는 상기 문제점을 해결하는 배터리 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하였다. Therefore, the inventor of the present invention has an object to provide a battery manufacturing method that solves the above problems.
본 발명의 대상 중 하나는, 하나 이상의 복합 음극 층 및 하나 이상의 복합 양극 층을 포함하는 모놀리스식 바디를 갖고, 상기 층들은 하나 이상의 중간 고체 전해질 층에 의해 서로 분리된, 전 고상형(all-solid-state) 리튬-이온 배터리의 제조방법으로서,One of the subjects of the present invention has a monolithic body comprising at least one composite cathode layer and at least one composite anode layer, the layers separated from each other by at least one intermediate solid electrolyte layer, all- solid-state) lithium-ion battery manufacturing method,
- 하나 이상의 활성 음극 재료 파우더, 하나 이상의 고체 전해질 파우더 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하는 분말성 혼합물(MP1)을 제조하는 단계; 및Preparing a powdery mixture (MP1) comprising at least one active cathode material powder, at least one solid electrolyte powder and at least one electron-conductive generating agent; And
- 하나 이상의 활성 리튬계 양극 재료 파우더, 하나 이상의 고체 전해질 파우더 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하는 분말성 혼합물(MP2)을 제조하는 단계;를 포함하고, Preparing a powdered mixture (MP2) comprising at least one active lithium-based positive electrode material powder, at least one solid electrolyte powder and at least one electron-conductive generating agent;
- 상기 배터리는 하나 이상의 혼합물(MP1) 층과 하나 이상의 혼합물(MP2) 층을 겹쳐서 단일 과정으로 형성되고, 상기 층들은 분말 형태를 가지는 하나 이상의 고체형의 중간 전해질 층에 의하여 서로 분리됨과 동시에 3개의 층을 세트로 20 MPa 이상의 기압에서 펄스 전류를 사용하여 소결시키고,The battery is formed in a single process by superimposing at least one mixture (MP1) layer and at least one mixture (MP2) layer, the layers being separated from each other by one or more solid intermediate electrolyte layers in powder form The layers are sintered using a pulse current at a pressure of 20 MPa or more in a set,
- 분말 형태를 가지는 고체 전해질의 입자 크기는 5 ㎛ 이하이고,The particle size of the solid electrolyte in powder form is 5 μm or less,
- 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 고체 전해질의 함유물은 서로 독립적으로 10 내지 80 wt%의 범위에 있고,The contents of the solid electrolyte of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) are independently of each other in the range of 10 to 80 wt%,
- 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 전자-전도성 생성제의 함량은 서로 독립적으로 2 내지 25 wt%의 범위에 있고,The content of the electron-conducting generating agent of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is independently from each other in the range of 2 to 25 wt%,
- 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 활성 전극 재료의 함량은 서로 독립적으로 20 내지 85 wt%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리튬-이온 배터리 제조 방법에 관한 것이다. The content of the active electrode material of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) relates to a process for producing a lithium-ion battery, characterized in that it is in the range of 20 to 85 wt% independently of one another.
본 방법에 따르면, 배터리를 형성하는 3 개의 층 각각에 고체 전해질이 존재함으로써 균일한 화학 혼합물이 만들어지고, 이는 특히 전극/전해질의 경계면에서 여러 구성 요소가 동일한 온도에서 동시에 밀도가 높아지게 되고 Li+-전도 격자가 어느 한 복합 전극에서 나머지 복합 전극 사이에서 연속되어 있다는 것을 의미한다. 또한, 다중 층 중 3 개의 층 각각은 전해질을 포함하기 때문에, 서로 다른 열팽창 계수를 가지는 재료들 연결시킴으로써 만들어지는 스트레스가 흡수되게 하여 집중 상태의 변화율의 차단 현상이 발생한다. According to the method, the presence of a solid electrolyte in each of the three layers forming a battery results in a homogeneous chemical mixture, which causes several components to become dense at the same temperature at the same temperature, especially at the interface of the electrode / electrolyte and Li + − It means that the conductive grating is continuous between one composite electrode and the other composite electrode. In addition, since each of the three layers of the multi-layer contains an electrolyte, the stress created by connecting materials having different coefficients of thermal expansion are absorbed, thereby causing a blocking phenomenon of the rate of change of the concentrated state.
종래 방법과 비교하여 볼 때, 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 이점을 가진다.Compared with the conventional method, the method according to the present invention has the following advantages.
- 본 발명은 단일 과정에서 세라믹 전극을 가지는 "전 고상형" 리튬-이온 배터리를 만들 수 있다. The present invention makes it possible to make "all solid" lithium-ion batteries with ceramic electrodes in a single process.
- 본 발명은 단일 온도에서 3 개의 층을 동시에 소결하기 때문에, 종래 복수의 층의 사용을 제한시켰던 기생적 화학 반응을 유발시키는 서로 다른 온도를 사용하는 다중 과정으로서 상기 서로 다른 온도 때문에서 기생적 화학 반응을 유발시켜 종래 복수의 층의 사용이 제한되었던 종래 기술과는 달리, 빠르고 간단하게 구현될 수 있고, 또한 복합 전극의 파우더를 섞는 과정 외의 사전 준비 작업(녹색 용지 등)이 필요가 없다.Since the present invention sinters three layers simultaneously at a single temperature, the parasitic chemistry at the different temperatures is a multiple process using different temperatures which leads to a parasitic chemical reaction which has previously limited the use of a plurality of layers. Unlike the prior art, which caused the reaction to limit the use of a plurality of layers in the past, it can be implemented quickly and simply, and there is no need for preliminary work (green paper, etc.) other than mixing powder of the composite electrode.
- 전극/전해질 경계면에서의 양질의 접촉 상태가 보장됨과 동시에, 배터리의 여러 층의 구성요소들 사이, 특히 전자-전도성 생성제와 그 밖의 전극 구성 요소 사이에서 어떠한 기생적 반응이 일어나지 않는다.At the same time a good contact state at the electrode / electrolyte interface is ensured, while no parasitic reactions occur between the components of the various layers of the battery, in particular between the electron-conducting generator and the other electrode components.
- 본 발명은 기판을 필요로 하지 않는 자가 지지형 배터리를 제조할 수 있다.The present invention can produce a self-supporting battery that does not require a substrate.
- 본 발명은 양질의 전자-전도 성질을 가지고 "전 고상형" 리튬-이온 배터리의 두께보다 현저히 큰 두께를 가지는 복합 전극을 가지는 배터리를 제조할 수 있고, 상기 "전 고상형" 리튬-이온 배터리의 경우 전자-전도성 생성제를 포함하지 않는다.The present invention can produce a battery having a composite electrode having good electron-conducting properties and having a thickness significantly larger than that of a "all solid state" lithium-ion battery, said "all solid state" lithium-ion battery Does not include an electron-conducting generator.
- 본 발명은 배터리 내 전극 층이 현재 기술적으로 실현될 수 있는 "전 고상형" 리튬-이온 배터리, 특히 배터리 내 각각의 전극 층이 30 ㎛ 이상의 두께를 가지는 배터리 보다 더 두꺼운 배터리를 제조할 수 있고, 그 결과 저장 용량이 현저히 더 큰 배터리를 제조할 수 있다.The present invention makes it possible to produce "all solid" lithium-ion batteries in which the electrode layers in the battery can now be technically realized, in particular batteries which are thicker than those in which each electrode layer in the battery has a thickness of at least 30 μm. As a result, a battery with a significantly larger storage capacity can be manufactured.
- 본 발명은 충전 및 방전 상태 모두에서 종래의 리튬-이온 배터리 보다 열적으로 보다 안정한 배터리를 제조할 수 있다. 이러한 배터리의 경우 종래 배터리 보다 더 높은 온도(>130℃ 및 350℃ 이하)에서 동작할 수 있다.The present invention can produce a battery that is more thermally stable than conventional lithium-ion batteries in both charged and discharged states. Such batteries can operate at higher temperatures (> 130 ° C. and 350 ° C. or less) than conventional batteries.
바람직하게, 상기 혼합물(MP1), 혼합물(MP2) 및 중간 전해질 층에 사용될 수 있는 상기 고체 전해질 파우더의 입자 크기는 상기 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2)에 존재하는 그 밖의 분말형 성분의 입자 크기보다 작다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 상기 고체 전해질 파우더의 입자 크기는 1 ㎛이하이다. 이 경우, 바람직하게는 0.1 내지 1 ㎛다.Preferably, the particle size of the solid electrolyte powder that can be used in the mixture (MP1), the mixture (MP2) and the intermediate electrolyte layer is the particle size of the other powdered components present in the mixture (MP1) and the mixture (MP2). Is less than According to a particularly preferred embodiment of the invention, the particle size of the solid electrolyte powder is 1 μm or less. In this case, it is preferably 0.1 to 1 m.
상기 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2)의 평균 입자 크기는 상기 고체-전해질 파우더의 평균 입자 크기보다 더 크다. 바람직하게, 상기 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2)의 평균 입자 크기는 서로 독립적으로 1 내지 10㎛의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 1 내지 3㎛의 범위에 있다.The average particle size of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is larger than the average particle size of the solid-electrolyte powder. Preferably, the average particle size of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is independently in the range of 1 to 10 mu m, more preferably in the range of 1 to 3 mu m.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 혼합물(MP1)의 입자 크기는 상기 혼합물(MP2)의 입자 크기와 실질적으로 동일하다. 본 발명에 있어서, "실질적으로 동일한 입자 크기"란, 상기 혼합물(MP1)과 혼합물(MP2) 사이의 최대 입자 크기 차이가 ±2 ㎛라는 것을 의미한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the particle size of the mixture MP1 is substantially the same as the particle size of the mixture MP2. In the present invention, "substantially the same particle size" means that the maximum particle size difference between the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is ± 2 μm.
상기 활성 음극 재료는 리튬인산염, Li4Ti5O12와 같은 산화 티타늄/리튬, PNb9O25과 같은 니오븀인산염, 실리콘 및 흑연으로부터 선택될 수 있다.The active negative electrode material may be selected from lithium phosphate, titanium oxide / lithium such as Li 4 Ti 5 O 12 , niobium phosphate such as PNb 9 O 25 , silicon and graphite.
상기 활성 음극 재료로 사용될 수 있는 리튬인산염 중에서, Li3V2(PO4)3, LiTi2(PO4)3, 또는 그 혼합물이 가장 바람직하다.Of the lithium phosphates that can be used as the active cathode material, Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LiTi 2 (PO 4 ) 3 , or mixtures thereof are most preferred.
활성 음극 재료로서 추천된 상기 혼합물(Li3V2(PO4)3, LiTi2(PO4)3, PNb9O25, Li4Ti5O12)은 AlPO4, Li2SiO3, ZrO2, FePO4과 같은 보호용 층으로 코팅될 수 있다.The mixtures recommended as active cathode materials (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LiTi 2 (PO 4 ) 3 , PNb 9 O 25, Li 4 Ti 5 O 12 ) are AlPO 4 , Li 2 SiO 3 , ZrO 2 It may be coated with a protective layer, such as FePO 4 .
본 발명에 따라 사용될 수 있는 고체 전해질은 바람직하게, M = Ge, Ti, Zr, Hf이고 0 < x < 1일 때 일반식 Li1+xAlxM2-x(PO4)3을 가지는 리튬인산염으로부터 선택된다. 상기 리튬인산염 중에서 혼합물 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 및 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3가 특히 바람직하다.Solid electrolytes which can be used according to the invention are preferably lithium having the general formula Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 when M = Ge, Ti, Zr, Hf and 0 <x <1 Selected from phosphates. Of the lithium phosphates the mixtures Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 and Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 are particularly preferred.
본 발명의 제1 실시예를 따르면, 배터리를 형성하는 상기 3 개의 층은 동일한 전극을 포함한다.According to a first embodiment of the invention, the three layers forming a battery comprise the same electrode.
본 발명에 있어서, "동일한 전극"이란, 전극의 화학적 성질 및 입자 크기가 혼합물(MP1), 혼합물(MP2) 및 중간 전해질 층에서 동일하다는 것을 의미한다.In the present invention, "same electrode" means that the electrode's chemical properties and particle size are the same in the mixture (MP1), the mixture (MP2) and the intermediate electrolyte layer.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 상기 혼합물(MP1)에 존재하는 고체 전해질은 상기 혼합물(MP2)에 존재하는 고체 전해질과 상이하다.According to a second embodiment of the present invention, the solid electrolyte present in the mixture MP1 is different from the solid electrolyte present in the mixture MP2.
본 발명에 있어서, "전해질이 상이하다"란, 서로 다른 입자 크기와 같이 서로 다른 화학적 성질 및 서로 다른 물리적 성질 모두를 포함하는 의미를 가진다.In the present invention, "different electrolytes" have the meaning including both different chemical properties and different physical properties such as different particle sizes.
상기 혼합물(MP1)에 존재하는 고체 전해질은 상기 혼합물(MP2)에 존재하는 고체 전해질과 상이한 경우, 혼합물(MP1) 층은 하나 이상의 고체 전해질(E1)을 포함하고, 혼합물(MP2) 층은 상기 고체 전해질(E1)과는 상이한 하나 이상의 고체 전해질(E2)를 포함하고, 상기 혼합물(MP1) 층과 혼합물(MP2) 층을 분리하는 전해질 층은 상기 혼합물(MP1) 층과 접촉하고 있는 하나 이상의 전해질(E1) 층, 및 상기 혼합물(MP2) 층과 접촉하고 있는 하나 이상의 전해질(E2) 층으로 이루어져 있다.If the solid electrolyte present in the mixture MP1 is different from the solid electrolyte present in the mixture MP2, the mixture (MP1) layer comprises at least one solid electrolyte (E1) and the mixture (MP2) layer is the solid An electrolyte layer comprising at least one solid electrolyte (E2) different from the electrolyte (E1) and separating the mixture (MP1) layer and the mixture (MP2) layer comprises at least one electrolyte (which is in contact with the mixture (MP1) layer). E1) layer, and at least one electrolyte (E2) layer in contact with the mixture (MP2) layer.
바람직한 실시예에 따르면, 혼합물 각각의 고체 전해질 함량은 10 내지 80 wt%이다. 상기 함량은 혼합물(MP1)과 혼합물(MP2) 사이에서 변할 수 있고 활성 재료의 전자 및 이온 전도 성질에 따라서 변한다. 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 고체 전해질 함량은 서로 독립적으로 30 내지 80 wt%, 특히 35 내지 80 wt%, 보다 바람직하게 30 초과 80 wt% 미만의 범위에 있다.According to a preferred embodiment, the solid electrolyte content of each of the mixtures is from 10 to 80 wt%. The content can vary between the mixture MP1 and the mixture MP2 and depends on the electron and ion conducting properties of the active material. According to a more preferred embodiment, the solid electrolyte content of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is independently of each other in the range of 30 to 80 wt%, in particular 35 to 80 wt%, more preferably more than 30 and less than 80 wt% Is in.
활성 양극 재료는 바람직하게 리튬인산염 및 리튬 산화물로부터 선택된다. 상기 활성 양극 재료로 사용될 수 있는 리튬인산염 중에서는 material, LiFePO4, LiCoPO4, LiNiPO4, LiMnPO4, Li3V2(PO4)3, Li3Fe2(PO4)3이 가장 바람직하고, 산화 리튬 중에서는 (X = Co, Ni, Mn, 또는 이들의 결합인 경우) LiXO2가 바람직하고, 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.The active anode material is preferably selected from lithium phosphate and lithium oxide. Among the lithium phosphates that can be used as the active cathode material, materials, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 are most preferred. Of lithium oxides (when X = Co, Ni, Mn, or a combination thereof) LiXO 2 is preferred, and mixtures thereof can be used.
상기 활성 양극 재료로서 추천되는 이들 여러 합성물은 AlPO4, Li2SiO3, ZrO2, FePO4과 같은 보호용 층으로 코팅될 수 있다.These various compounds, which are recommended as the active anode material, can be coated with a protective layer such as AlPO 4 , Li 2 SiO 3 , ZrO 2 , FePO 4 .
본 발명에 따르면, 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 활성 전극 재료의 함량은 서로 독립적으로 20 내지 85 wt%의 범위에 있다.According to the invention, the content of the active electrode material of each of the mixture MP1 and the mixture MP2 is independently of each other in the range of 20 to 85 wt%.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 활성 음극 재료, 하나 이상의 고체 전해질, 및 활성 양극 재료는 리튬인산염으로부터 선택된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the active cathode material, at least one solid electrolyte, and active cathode material are selected from lithium phosphate.
바람직하게, 상기 "전 고상형" 리튬-이온 배터리를 제조하는 방법에 있어서, 상기 활성 양극 재료는 상기 활성 음극 재료와 상이하게 될 것이다.Preferably, in the method of manufacturing the “all solid state” lithium-ion battery, the active positive electrode material will be different from the active negative electrode material.
전자-전도성 생성제는 카본계 재료(파우더, 섬유, 나노튜브 등), 및 Ni, Cu, Al과 같은 금속(이러한 금속은 동작 전위에 따라서 선택되며, Cu는 음극에 알맞고 Al은 양극에 알맞다) 및 TiN과 같은 질화 금속으로부터 선택될 수 있다.Electron-conducting generators are carbon-based materials (powders, fibers, nanotubes, etc.), and metals such as Ni, Cu, Al (these metals are selected according to operating potential, Cu is suitable for the cathode and Al is suitable for the anode). And metal nitrides such as TiN.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전자-전도성 생성제는 나노 단위 크기를 가지는 입자 형태의 카본계 재료이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the electron-conducting generating agent is a carbon-based material in the form of particles having a nano unit size.
본 발명에 따르면, 전자-전도성 생성제의 함량은 2 내지 25 wt%의 범위에 있다. 상기 함량은 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 사이에서 변할 수 있고 활성 재료의 입자 크기 및 전자-전도 성질에 따라 변한다.According to the invention, the content of the electron-conducting generating agent is in the range of 2 to 25 wt%. The content can vary between the mixture (MP1) and the mixture (MP2) and depends on the particle size and the electron-conducting nature of the active material.
소결 작용은 바람직하게 아르곤 또는 질소 대기에서 1차 또는 2차 진공 환경 하에서 수행된다.The sintering action is preferably carried out in a primary or secondary vacuum environment in an argon or nitrogen atmosphere.
상기 소결 작용 중에 층에 가해지는 압력은 변할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 소결 작용은 5 내지 200 MPa의 압력, 보다 바람직하게는 약 100 MPa의 압력에서 수행된다.The pressure exerted on the layer during the sintering action can vary. According to a preferred embodiment of the invention, the sintering action is carried out at a pressure of 5 to 200 MPa, more preferably at a pressure of about 100 MPa.
최대 소결 온도는 500 내지 1000℃의 범위에 있다.The maximum sintering temperature is in the range of 500 to 1000 ° C.
상기 소결 작용의 기간은 온도에 따라 변한다. 이 기간은 일반적으로 1 내지 60분의 범위에 있다.The duration of the sintering action varies with temperature. This period is generally in the range of 1 to 60 minutes.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 소결 작용은 최대 소결 온도는 600 내지 700℃이고, 2 내지 4분 동안, 약 100 MPa의 압력을 가지는 2차 진공 환경 하에서 수행된다. 전체 열처리 시간은 이 경우 15분 이상이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the sintering action is carried out under a secondary vacuum environment having a maximum sintering temperature of 600 to 700 ° C. and a pressure of about 100 MPa for 2 to 4 minutes. The total heat treatment time is at least 15 minutes in this case.
여러 주기 동안에 펄스 전류를 인가함으로써 점진적인 온도 안정기를 거쳐 상기 소결 온도에 도달될 수 있다.The sintering temperature can be reached via a gradual temperature stabilizer by applying a pulsed current for several cycles.
상기 펄스 전류의 크기는 10 내지 8000A의 범위에 있다. 각각의 펄스의 길이는 대략 수 ms정도 이다. 바람직하게 상기 길이는 1 내지 5ms이다.The magnitude of the pulse current is in the range of 10 to 8000 A. Each pulse is approximately a few ms long. Preferably the length is 1 to 5 ms.
본 발명에 따른 방법을 보다 개선하면, 배터리를 형성하는 동안에, 혼합물(MP1) 층, 전해질 층 및 혼합물(MP2) 층이 동시에 소결되도록, 하나 이상의 전류 컬렉터가 혼합물(MP1) 층의 외부면 및/또는 혼합물(MP2) 층의 외부면에 위치한다. 상기 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 층의 "외부면"이란, 상기 중간 고체 전해질 층과 접촉하고 있지 않는 혼합물(MP1) 층 및/또는 혼합물(MP2) 층의 면을 의미한다. Further refinement of the method according to the invention provides that at least one current collector and / or the outer surface of the mixture (MP1) layer and / or so that the mixture (MP1) layer, the electrolyte layer and the mixture (MP2) layer are sintered simultaneously during battery formation. Or on the outer surface of the mixture (MP2) layer. By "outer surface" of the mixture (MP1) and mixture (MP2) layers is meant the surface of the mixture (MP1) layer and / or the mixture (MP2) layer that is not in contact with the intermediate solid electrolyte layer.
상기 전류 컬렉터는 일반적으로 파우더 형태, 망상 형태, 하나 이상의 포일(foil) 형태를 가진다.The current collector generally has a powder form, a network form, and one or more foil forms.
상기 전류 컬렉터는, 구리, 니켈, 스테인리스 강, 알루미늄, 카본, 티타늄, 은, 금, 백금, 또는 이들의 합금으로부터 선택된다.The current collector is selected from copper, nickel, stainless steel, aluminum, carbon, titanium, silver, gold, platinum, or alloys thereof.
상기 재료들은 양극 및 음극의 활성 재료의 동작 전위에 따라 선택된다. 이들 재료들은 상기 전극 재료와 접촉되어 있을 때 반드시 산화하거나 감소하지 않는다. 이와 같이, 구리는 낮은 전위의 재료에 바람직한 반면에 알루미늄은 높은 전위의 재료에 바람직하다.The materials are selected according to the operating potentials of the active materials of the anode and cathode. These materials do not necessarily oxidize or diminish when in contact with the electrode material. As such, copper is preferred for low potential materials while aluminum is preferred for high potential materials.
일반적으로, 제1 컬렉터/혼합물(MP1) 층/고체 전해질 층/혼합물(MP2) 층/제2 컬렉터의 다섯 개 이상의 층을 동시에 소결하기 위하여, 제1 전류 컬렉터는 혼합물(MP1) 층의 외부면에 위치하고 제2 전류 컬렉터는 혼합물(MP2) 층의 외부면에 위치한다.In general, in order to simultaneously sinter five or more layers of the first collector / mixture (MP1) layer / solid electrolyte layer / mixture (MP2) layer / second collector, the first current collector is the outer surface of the mixture (MP1) layer. And a second current collector is located on the outer surface of the mixture (MP2) layer.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 제조 방법을 수행하여 얻어지는 "전 고상형" 리튬-이온 배터리로서, 상기 배터리는 3 개 이상의 겹쳐진 층에 의하여 형성되는 모놀리스식 바디를 포함하고, The invention also relates to a "all solid state" lithium-ion battery obtained by carrying out the production process according to the invention, the battery comprising a monolithic body formed by three or more overlapping layers,
- 하나 이상의 복합 음극 층은 하나 이상의 활성 음극 재료, 하나 이상의 고체 전해질, 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하고, At least one composite anode layer comprises at least one active cathode material, at least one solid electrolyte, and at least one electron-conducting generator,
- 하나 이상의 복합 양극 층은 하나 이상의 활성 리튬계 양극 재료, 하나 이상의 고체 전해질, 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하고, At least one composite anode layer comprises at least one active lithium-based anode material, at least one solid electrolyte, and at least one electron-conducting generator,
- 하나 이상의 중간 고체 전해질 층은 상기 복합 음극 층과 상기 복합 양극 층을 분리하고, At least one intermediate solid electrolyte layer separates the composite cathode layer and the composite anode layer,
- 복합 전극 층 각각의 고체 전해질의 함량은 서로 독립적으로 10 내지 80 wt%의 범위에 있고, The content of the solid electrolyte in each of the composite electrode layers is in the range of 10 to 80 wt%, independently of each other,
- 복합 전극 층 각각의 전자-전도성 생성제의 함량은 서로 독립적으로 2 내지 25 wt%의 범위에 있고;The content of the electron-conducting generating agent of each of the composite electrode layers is independently in the range of 2 to 25 wt%;
- 복합 전극 층 각각의 활성 음극 및 양극 재료의 함량은 서로 독립적으로 20 내지 85 wt%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리튬-이온 배터리에 있어서, -In a lithium-ion battery, characterized in that the contents of the active cathode and anode materials of each of the composite electrode layers are independently of each other in the range of 20 to 85 wt%.
- 상기 복합 전극 층 각각의 두께는 서로 독립적으로 30 내지 1400 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리튬-이온 배터리에 관한 것이다.The thickness of each of the composite electrode layers is independently of one another in the range of 30 to 1400 μm.
상기 복합 전극 층 각각의 고체 전해질 함량은 서로 독립적으로 30 wt% 내지 80 wt%, 바람직하게 35 wt% 내지 80 wt%, 보다 바람직하게 35 wt% 초과 내지 80 wt% 미만의 범위에 있다.The solid electrolyte content of each of the composite electrode layers is independently of each other in the range of 30 wt% to 80 wt%, preferably 35 wt% to 80 wt%, more preferably more than 35 wt% to less than 80 wt%.
본 발명에 따르면, 상기 전극 층 각각의 두께는 서로 독립적으로 약 30 내지 800 ㎛, 바람직하게 50 내지 800 ㎛, 보다 바람직하게 50 내지 500 ㎛의 범위에 있다.According to the invention, the thickness of each of the electrode layers is independently from each other in the range of about 30 to 800 μm, preferably 50 to 800 μm, more preferably 50 to 500 μm.
상기 중간 전해질 층의 두께는 약 10 내지 500 ㎛, 바람직하게 약 10 내지 60 ㎛ 의 범위에 있다. The thickness of the intermediate electrolyte layer is in the range of about 10 to 500 μm, preferably about 10 to 60 μm.
보다 개량된 본 발명에 따르면, 상기 모놀리스식 바디는 외부 면에서, 복합 음극층 및/또는 복합 양극층 위에 겹쳐진 하나 이상의 전류 컬렉터를 더 포함한다.According to a further improved invention, the monolithic body further comprises at least one current collector superimposed on the composite cathode layer and / or the composite anode layer on the outer surface.
바람직하게, 상기 전류 컬렉터 층은 구리, 니켈, 스테인리스 강, 알루미늄, 카본, 티타늄, 은, 금, 백금, 또는 이들의 합금으로부터 선택된다.Preferably, the current collector layer is selected from copper, nickel, stainless steel, aluminum, carbon, titanium, silver, gold, platinum, or alloys thereof.
또한, 본 발명은 상기 설명된 바와 같이 두 개 이상의 배터리를 포함하는 배터리 스택(다중 전지 팩)으로서, 상기 두 개 이상의 배터리는 상기 배터리들 중 하나에 속한 전류 컬렉터를 통해 연결된다. 본 발명에 따르면, "이온 이동을 막는 물리적 장벽"이란, 상기 전류 컬렉터는 소결된 파우더 또는 박 형태를 가지지만 이온 이동을 막는 물리적 장벽을 형성하지 않는 망상 형태를 가지지 않는다는 것을 의미한다.The invention is also a battery stack (multi-cell pack) comprising two or more batteries as described above, wherein the two or more batteries are connected via a current collector belonging to one of the batteries. According to the present invention, "physical barrier to prevent ion migration" means that the current collector has a sintered powder or foil form but no reticulated form that does not form a physical barrier to prevent ion migration.
이와 같이, 상기 전극이 양극인지 음극인지 관계 없이, 상기 전류 컬렉터는 배터리의 전극들 중 하나에서 두 배터리를 연결한다. 이는 상기 전류 컬렉터의 경우 상기 전류 컬렉터가 연결시키는 전극 모두에 대하여 동시에 호환하기 때문이다. 더 나아가, 상기 전류 컬렉터는 두 개의 음극 또는 두 개의 양극을 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 배터리들은 서로 나란히 연속해서 연결된다는 것을 의미한다. 또한, 상기 전류 컬렉터는 음극과 양극이 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 배터리는 직렬로 연결되었다고 할 수 있다(바이폴라 구조).As such, regardless of whether the electrode is positive or negative, the current collector connects two batteries at one of the electrodes of the battery. This is because the current collector is simultaneously compatible with all of the electrodes to which the current collector is connected. Furthermore, the current collector can connect two cathodes or two anodes. In this case, it means that the batteries are connected in series with each other. In addition, the current collector may be connected to the cathode and the anode. In this case, the battery may be said to be connected in series (bipolar structure).
또한, 두 배터리 사이의 결합부에서 (선택적으로, 상기 두 전류 컬렉터 사이에 위치하고 관련 전극 전위와 대응하는 합금을 통해서) 두 개의 전류 컬렉터(각각의 전류 컬렉터는 각각의 배터리에 속한다)를 겹쳐 놓을 수 있다.It is also possible to superimpose two current collectors (each current collector belonging to each battery) (optionally through the alloy located between the two current collectors and corresponding electrode potentials) at the junction between the two batteries. have.
본 발명의 목적, 구성 및 효과는 이하 상세한 설명 및 예시적인 실시예를 통해서 보다 상세히 설명되게 될 것이다.The objects, configurations and effects of the present invention will be explained in more detail through the following detailed description and exemplary embodiments.
실시예Example
본 실시예에서 사용되지만 시판되지 않는 여러 무기 물질들은 하기 문헌에 공지된 방법들을 사용하여 사전에 합성되었다:Several inorganic materials used in this example but not commercially available were previously synthesized using methods known in the literature:
- 리튬 철 인산염(LiFePO4): Delacourt, C. et al., Solid State Ionics, 2004, 173, 113-118;Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ): Delacourt, C. et al. , Solid State Ionics , 2004, 173 , 113-118;
- 리튬 알루미늄 게르마늄 인산염(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3): M. Cretin, P. Fabry, J Eur. Ceram. Soc., 1999, 19, 2931-2940; 및Lithium aluminum germanium phosphate (Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 ): M. Cretin, P. Fabry, J Eur. Ceram. Soc. , 1999, 19 , 2931-2940; And
- 리튬 바나듐 인산염(Li3V2(PO4)3): S. Patoux et al, J. Power Sources, 2003, 119-121, 278-284.Lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ): S. Patoux et al , J. Power Sources , 2003, 119-121 , 278-284.
실시예 1Example 1 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형(all-solid-state)" Li-이온 배터리의 제조Fabrication of "all-solid-state" Li-ion batteries according to the method of the invention
본 실시예에서, 15 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비(mass ratio)는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 1.2이다.In this example, a 15 mm-diameter battery was produced, wherein the anode / cathode mass ratio was determined in an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte, and 15 wt% electron-conductive generating agent. About 1.2.
상기 배터리는 하기로 구성되었다:The battery consisted of:
- 평균 입자 크기가 15-20 ㎛인 0.0215 g의 LiFePO4(LFP), 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.0515 g의 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAG), 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.0219 g의 카본블랙으로 구성된 양극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발(agate mortar)에서 수동으로 분쇄되었음;0.0215 g of LiFePO 4 (LFP) with an average particle size of 15-20 μm, 0.0515 g of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAG) with an average particle size of 5-10 μm, and an average particle size A cathode consisting of 0.0219 g of carbon black, 50-100 nm and sold under the name Super P? By Timcal. The mixture of ingredients was manually milled in agate mortar for 20 minutes;
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.0178 g의 Li3V(PO4)3(LVP), 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.0426 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 시판되는 0.0106 g의 Super P? 카본으로 구성된 음극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음; 및0.0178 g of Li 3 V (PO 4 ) 3 (LVP) with an average particle size of 30-40 μm, 0.0426 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and an average particle size of 50-100 nm and Timcal 0.0106 g of Super P? Cathode consisting of carbon. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes; And
- 입자 크기가 0.4 내지 5 ㎛인 0.2412 g의 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3으로 구성된 고체 전해질.A solid electrolyte consisting of 0.2412 g of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 with a particle size of 0.4 to 5 μm.
그 후, 양극, 전해질 및 음극을 이루는 다양한 혼합물들은 15 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Carbone Lorraine사에서 제품명 Papyex?로 시판되는 가요성 그래파이트 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, Sumitomo Inc.사에서 제품명 Dr Sinter 2080?으로 시판되는 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 이어서, 상기 배터리는 2개의 램프, 즉 압력 램프 및 온도 램프를 적용함으로써 형성되었다. 100 Mpa의 압력은 3분 내에 달성되었으며, 합성의 나머지 동안 유지되었다(7분). 650℃의 온도는 2단계로 달성되었다: 5분 동안 100 ℃.min-1의 램프, 그 후 3분 동안 50 ℃.min-1의 램프. 그 후, 상기 온도는 2분 동안 유지되었다. 상기 온도 램프는 3.2 ms의 14 주기(펄스의 12 주기 및 펄스가 없는 2 주기)에 걸쳐 한정된 펄스 DC 전류를 적용함으로써 획득되었다. 이어서, 상기 다이는 SPS의 챔버 내에서 냉각되었다. 이에 따라 획득된 배터리는 샌드페이퍼로 닦아서, 잔여 Papyex? 필름이 제거되었다.Thereafter, the various mixtures comprising the anode, electrolyte and cathode were continuously placed in a 15 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), the inside being a flexible graphite film sold under the name Papyex® by Carbone Lorraine. Protected. The die was then closed by a symmetrical piston, also made of grade 2333 graphite, introduced into a chamber of an SPS instrument sold under the name Dr Sinter 2080® by Sumitomo Inc., after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was then formed by applying two lamps, a pressure lamp and a temperature lamp. A pressure of 100 Mpa was achieved within 3 minutes and maintained for the rest of the synthesis (7 minutes). A temperature of 650 ° C. was achieved in two steps: a lamp of 100 ° C. min −1 for 5 minutes, then a lamp of 50 ° C. min −1 for 3 minutes. Thereafter, the temperature was maintained for 2 minutes. The temperature ramp was obtained by applying a finite pulse DC current over 14 cycles of 3.2 ms (12 cycles of pulse and 2 cycles without pulse). The die was then cooled in the chamber of the SPS. The battery thus obtained was wiped with sandpaper, leaving the remaining Papyex? The film was removed.
이에 따라, 총 두께가 870 ㎛인 모노리식(monolithic) 15 mm-직경 Li-이온 배터리가 획득되었으며, 상기 배터리는 220 ㎛-두께의 복합 양극 층, 430 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 물질의 220 ㎛-두께 층으로 구성된다.Thus, a monolithic 15 mm-diameter Li-ion battery having a total thickness of 870 μm was obtained, which comprises a 220 μm-thick composite anode layer, a 430 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer and a negative electrode material. Consists of a 220 μm-thick layer.
상기 배터리에서, 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 전해질 및 15 wt% Super P? 카본을 포함하는 전극 조성물에 대해 1.2이다.In the battery, the anode / cathode mass ratio was 25 wt% active electrode material, 60 wt% Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 electrolyte, and 15 wt% Super P? 1.2 for electrode compositions comprising carbon.
본 명세서에 첨부된 도 1에는 a) 이에 따라 획득된 전 고상형 배터리, b) 3개의 중첩된 층들을 볼 수 있는 배터리의 단면 이미지, 및 c) 상기 동일 단면의 후방산란-전자 주사전자현미경(SEM) 사진이 도시되어 있다.1 attached to the present specification includes a) an all-solid-state battery thus obtained, b) a cross-sectional image of a battery with three overlapping layers visible, and c) a backscatter-electron scanning electron microscope of the same cross-section ( SEM) pictures are shown.
실시예 2Example 2 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형" Li-이온 배터리의 제조Preparation of "All Solid" Li-Ion Batteries According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 0.72이다.In this example, an 8 mm-diameter battery was produced, where the anode / cathode mass ratio was 0.72 for an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte and 15 wt% electron-conducting generator.
상기 배터리는 하기로 구성되었다:The battery consisted of:
- 평균 입자 크기가 15-20 ㎛인 0.0115 g의 LFP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.0276 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 5-10 ㎛고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.0069 g의 카본블랙으로 구성된 양극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.0115 g of LFP with an average particle size of 15-20 μm, 0.0276 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.0069 sold by Timcal under the product name Super P? Anode consisting of g carbon black. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes;
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.016 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.0384 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 시판되는 0.0096 g의 Super P? 카본으로 구성된 음극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음; 및0.016 g LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.0384 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.0096 g of Super P commercially available from Timcal with an average particle size of 50-100 nm. Cathode consisting of carbon. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes; And
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.078 g의 LAG로 구성된 고체 전해질.A solid electrolyte consisting of 0.078 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm.
그 후, 양극, 전해질 및 음극을 이루는 다양한 혼합물들은 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Papyex? 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, 상기 실시예 1에서 사용된 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 이어서, 상기 배터리는 상기 실시예 1에 기재된 조건하에서 형성되었다.Thereafter, the various mixtures comprising the positive electrode, the electrolyte and the negative electrode were continuously placed in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), the inside of which was Papyex®. Protected with film. The die was then closed by a symmetric piston also made of grade 2333 graphite and introduced into the chamber of the SPS instrument used in Example 1, after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was then formed under the conditions described in Example 1 above.
총 두께가 1600 ㎛인 8 mm-직경 "전 고상형" 배터리가 획득되었으며, 상기 배터리는 400 ㎛-두께 복합 양극 층, 500 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 물질의 714 ㎛-두께 층으로 구성된다.An 8 mm-diameter “full solid state” battery with a total thickness of 1600 μm was obtained, which was made up of a 400 μm-thick composite anode layer, a 500 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer, and a 714 μm-thick layer of negative electrode material. It is composed.
그 후, 상기 배터리에 대해 전기화학적 테스트가 수행되었다. 전기화학적 테스트를 수행하기 위하여, 수백 나노미터의 금 층이 캐소드 증착법에 의해 배터리의 두 개의 면에 증착되었다.Then, an electrochemical test was performed on the battery. To perform the electrochemical test, hundreds of nanometer gold layers were deposited on two sides of the battery by cathode deposition.
그 후, 배터리는 Swagelok? 전지 내에 놓여졌으며, 불활성 분위기 글로브 박스 내에서 어셈블리되었다. 이어서, 상기 배터리는 Solartron 1470? 테스트 시스템을 사용하여 정전류 모드에서 테스트되었다. 도 테스트를 수행하기 위하여, 상기 전지는 기후 챔버 내에 놓여졌으며, 이는 25℃ 내지 150℃의 온도에서 작동되었다. 이 상태는 C/n으로 표시되며, 이는 n 시간 내 배터리의 완전한 충전 또는 방전에 대응한다.After that, the battery is Swagelok? It was placed in the cell and assembled in an inert atmosphere glove box. Subsequently, the battery is a Solartron 1470? The test system was tested in constant current mode. To perform the FIG. Test, the cell was placed in a climatic chamber, which was operated at a temperature of 25 ° C to 150 ° C. This state is indicated by C / n, which corresponds to a full charge or discharge of the battery within n hours.
본 명세서에 첨부된 도 2에는 C/20의 동일한 사이클링 상태(즉, 20시간 내 완전한 충전 및 방전)에서 140℃(2 사이클, 회백색 커브) 및 120℃(6 사이클, 검정색 커브)에서 획득된 사이클링 커브가 도시되어 있다. 도 2에서, 전위 V(Li+/Li)는 캐소드에서 활성 물질의 몰 당 삽입된 리튬량의 함수이다.2 attached to this specification shows cycling obtained at 140 ° C. (2 cycles, off-white curve) and 120 ° C. (6 cycles, black curve) in the same cycling state of C / 20 (ie, full charge and discharge within 20 hours). The curve is shown. In FIG. 2, the potential V (Li + / Li) is a function of the amount of lithium inserted per mole of active material at the cathode.
이 커브는 i) 모든 유효 용량이 회복된다는 점, ii) 상기 배터리의 우수한 순환성을 보여준다.This curve shows that i) all effective capacities are recovered, ii) the good circulation of the battery.
실시예 3Example 3 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형" Li-이온 배터리의 제조Preparation of "All Solid" Li-Ion Batteries According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 1.00이다.In this example, an 8 mm-diameter battery was produced, where the anode / cathode mass ratio was 1.00 for an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte and 15 wt% electron-conducting generator.
상기 배터리는 하기로 구성되었다:The battery consisted of:
- 양극 및 음극, 여기서 양극과 음극은 모두 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.0081 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.0195 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.0049 g의 카본블랙으로 구성됨. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음; 및Anode and cathode, where both anode and cathode are 0.0081 g of LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.0195 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and an average particle size of 50-100 nm and Timcal Consists of 0.0049 g of carbon black sold under the name Super P? By the company. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes; And
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.078 g의 LAG로 구성된 고체 전해질.A solid electrolyte consisting of 0.078 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm.
그 후, 양극, 전해질 및 음극을 이루는 다양한 혼합물들은 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Carbone Lorraine사에서 제품명 Papyex?로 시판되는 가요성 그래파이트 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, Sumitomo Inc.사에서 제품명 Dr Sinter 2080?으로 시판되는 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 이어서, 상기 배터리는 2개의 램프, 즉 압력 램프 및 온도 램프를 적용함으로써 형성되었다. 100 Mpa의 압력은 3분 내에 달성되었으며, 합성의 나머지 동안 유지되었다(7분). 680℃의 온도는 2단계로 달성되었다: 6분 동안 100 ℃.min-1의 램프, 그 후 2분 동안 40 ℃.min-1의 램프. 그 후, 상기 온도는 2분 동안 유지되었다. 상기 온도 램프는 3.2 ms의 14 주기(펄스의 12 주기 및 펄스가 없는 2 주기)에 걸쳐 한정된 펄스 DC 전류를 적용함으로써 획득되었다. 이어서, 상기 다이는 SPS의 챔버 내에서 냉각되었다. 이에 따라 획득된 배터리는 샌드페이퍼로 닦아서, 잔여 Papyex? 필름이 제거되었다.The various mixtures comprising the anode, electrolyte and cathode were then placed successively in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), inside a flexible graphite film sold under the name Papyex® by Carbone Lorraine. Protected. The die was then closed by a symmetrical piston, also made of grade 2333 graphite, introduced into a chamber of an SPS instrument sold under the name Dr Sinter 2080® by Sumitomo Inc., after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was then formed by applying two lamps, a pressure lamp and a temperature lamp. A pressure of 100 Mpa was achieved within 3 minutes and maintained for the rest of the synthesis (7 minutes). A temperature of 680 ° C. was achieved in two steps: a lamp of 100 ° C. min −1 for 6 minutes, followed by a lamp of 40 ° C. min −1 for 2 minutes. Thereafter, the temperature was maintained for 2 minutes. The temperature ramp was obtained by applying a finite pulse DC current over 14 cycles of 3.2 ms (12 cycles of pulse and 2 cycles without pulse). The die was then cooled in the chamber of the SPS. The battery thus obtained was wiped with sandpaper, leaving the remaining Papyex? The film was removed.
총 두께가 1000 ㎛인 8 mm-직경 "전 고상형" 배터리가 획득되었으며, 상기 배터리는 250 ㎛-두께의 복합 양극 층, 500 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 물질의 250 ㎛-두께 층으로 구성된다.An 8 mm-diameter “all solid state” battery with a total thickness of 1000 μm was obtained, which had a 250 μm-thick composite anode layer, a 500 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer and a 250 μm-thick layer of negative electrode material. It consists of.
상기 배터리에서, 양극/음극 질량비는 25 wt% Li3V2(PO4)3 활성 전극 물질, 65 wt% Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 전해질 및 15 wt% Super P? 카본을 포함하는 전극 조성물에 대해 1이다.In the battery, the anode / cathode mass ratio is 25 wt% Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 active electrode material, 65 wt% Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 electrolyte and 15 wt% Super P? 1 for the electrode composition comprising carbon.
그 후, 상기 배터리에 대해 상기 실시예 2에 기재되어 있는 전기화학적 테스트가 수행되었다. Thereafter, the electrochemical test described in Example 2 was performed on the battery.
본 명세서에 첨부된 도 3에는 100℃(C/40에 대해 1 사이클: 회백색 커브), 110℃(C/20에 대해 3 사이클: 검정색 커브) 및 마지막으로 120℃(C/20에 대해 3 사이클: 쇄선 커브)에서 획득된 사이클링 커브가 도시되어 있다. 도 3에서, 전위 V(Li+/Li)는 용량(mAh/g) 및 활성 물질의 몰 당 삽입된 리튬량의 함수이다. 3 attached to this specification shows 100 ° C. (1 cycle for C / 40: gray white curve), 110 ° C. (3 cycles for C / 20: black curve) and finally 120 ° C. (3 cycles for C / 20). The cycling curve obtained in the dashed line curve is shown. In FIG. 3, the potential V (Li + / Li) is a function of the capacity (mAh / g) and the amount of lithium inserted per mole of active material.
이 커브는 상기 배터리의 순환성이 매우 우수하고, 온도 증가는 획득된 성능을 개선시킨다는 점을 보여준다.This curve shows that the battery's circulation is very good and the increase in temperature improves the performance obtained.
본 명세서에 첨부된 도 4에는 다양한 상태 및 다양한 온도에 대한 배터리의 비용량(specific capacity)의 변화를 보여준다.4 attached to this specification shows the change in specific capacity of the battery for various conditions and various temperatures.
도 4에서, 배터리의 용량(mAh/g)은 사이클 수의 함수이며, 비어있는 삼각형은 충전 용량(mAh/g)에 대응하며, 속이 꽉찬 삼각형은 방전 용량(mAh/g)에 대응한다.In Fig. 4, the capacity of the battery (mAh / g) is a function of the number of cycles, the empty triangle corresponds to the charging capacity (mAh / g), and the solid triangle corresponds to the discharge capacity (mAh / g).
실시예 4Example 4 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형" Li-이온 배터리의 제조Preparation of "All Solid" Li-Ion Batteries According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 0.5이다.In this example, an 8 mm-diameter battery was produced, where the anode / cathode mass ratio was 0.5 for an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte and 15 wt% electron-conductive generating agent.
상기 배터리는 하기로 구성되었다:The battery consisted of:
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.0125 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.0075 g의 카본블랙으로 구성된 양극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.0125 g of LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.03 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.0075 sold by Timcal under the product name Super P? Anode consisting of g carbon black. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes;
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.025 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.06 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.015 g의 카본블랙으로 구성된 음극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음; 및0.025 g of LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.06 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.015 sold by Timcal under the product name Super P? A negative electrode composed of g carbon black. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes; And
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.074 g의 LAG로 구성된 고체 전해질.A solid electrolyte consisting of 0.074 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm.
그 후, 양극, 전해질 및 음극을 이루는 다양한 혼합물들은 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Carbone Lorraine사에서 제품명 Papyex?로 시판되는 가요성 그래파이트 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, Sumitomo Inc.사에서 제품명 Dr Sinter 2080?으로 시판되는 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 이어서, 상기 배터리는 2개의 램프, 즉 압력 램프 및 온도 램프를 적용함으로써 형성되었다. 100 Mpa의 압력은 3분 내에 달성되었으며, 합성의 나머지 동안 유지되었다(7분). 680℃의 온도는 2단계로 달성되었다: 6분 동안 100 ℃.min-1의 램프, 그 후 2분 동안 40 ℃.min-1의 램프. 그 후, 상기 온도는 2분 동안 유지되었다. 상기 온도 램프는 3.2 ms의 14 주기(펄스의 12 주기 및 펄스가 없는 2 주기)에 걸쳐 한정된 펄스 DC 전류를 적용함으로써 획득되었다. 이어서, 상기 다이는 SPS의 챔버 내에서 냉각되었다. 이에 따라 획득된 배터리는 샌드페이퍼로 닦아서, 잔여 Papyex? 필름이 제거되었다.The various mixtures comprising the anode, electrolyte and cathode were then placed successively in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), inside a flexible graphite film sold under the name Papyex® by Carbone Lorraine. Protected. The die was then closed by a symmetrical piston, also made of grade 2333 graphite, introduced into a chamber of an SPS instrument sold under the name Dr Sinter 2080® by Sumitomo Inc., after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was then formed by applying two lamps, a pressure lamp and a temperature lamp. A pressure of 100 Mpa was achieved within 3 minutes and maintained for the rest of the synthesis (7 minutes). A temperature of 680 ° C. was achieved in two steps: a lamp of 100 ° C. min −1 for 6 minutes, followed by a lamp of 40 ° C. min −1 for 2 minutes. Thereafter, the temperature was maintained for 2 minutes. The temperature ramp was obtained by applying a finite pulse DC current over 14 cycles of 3.2 ms (12 cycles of pulse and 2 cycles without pulse). The die was then cooled in the chamber of the SPS. The battery thus obtained was wiped with sandpaper, leaving the remaining Papyex? The film was removed.
총 두께가 1630 ㎛인 8 mm-직경 "전 고상형" 배터리가 획득되었으며, 상기 배터리는 380 ㎛-두께 복합 양극 층, 500 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 물질의 750 ㎛-두께 층으로 구성된다.An 8 mm-diameter “full solid state” battery with a total thickness of 1630 μm was obtained, which consisted of a 380 μm-thick composite anode layer, a 500 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer and a 750 μm-thick layer of negative electrode material. It is composed.
상기 배터리에서, 양극/음극 질량비는 25 wt% Li3V2(PO4)3 활성 전극 물질, 65 wt% Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 전해질 및 15 wt% Super P? 카본을 포함하는 전극 조성물에 대해 0.5이다.In the battery, the anode / cathode mass ratio is 25 wt% Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 active electrode material, 65 wt% Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 electrolyte and 15 wt% Super P? 0.5 for an electrode composition comprising carbon.
그 후, 상기 배터리에 대해 상기 실시예 2에 기재되어 있는 전기화학적 테스트가 수행되었다. Thereafter, the electrochemical test described in Example 2 was performed on the battery.
본 명세서에 첨부된 도 5에는 다양한 상태 및 다양한 전위 창(1-2.2 V 및 1-2.4 V)에서 획득된 배터리에 대한 전기화학적 커브가 도시되어 있다. 도 5에서, 전위 V(Li+/Li)는 용량(mAh/g) 및 캐소드에서 활성 물질의 몰 당 삽입된 리튬량의 함수이다: 검정색 커브는 120℃(1 내지 2.2 V에서 C/20에 대해 1 사이클)에서 수행된 사이클링에 대응하며; 회백색 커브는 120℃(1 내지 2.2 V에서 C/10에 대해 3 사이클)에서 수행된 사이클링에 대응하며; 마지막으로, 검정색 교차선은 120℃(1 내지 2.4 V에서 C/20에 대해 1 사이클)에서 수행된 사이클링에 대응한다.5 attached to this specification shows the electrochemical curves for the battery obtained at various states and at various potential windows (1-2.2 V and 1-2.4 V). In FIG. 5, the potential V (Li + / Li) is a function of the capacity (mAh / g) and the amount of lithium inserted per mole of active material at the cathode: black curve at 120 ° C. (C / 20 at 1 to 2.2 V). Corresponds to cycling performed in 1 cycle); The off-white curve corresponds to cycling performed at 120 ° C. (3 cycles for C / 10 at 1-2.2 V); Finally, the black cross line corresponds to the cycling performed at 120 ° C. (1 cycle for C / 20 at 1 to 2.4 V).
실시예 5Example 5 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형" Li-이온 배터리의 제조Preparation of "All Solid" Li-Ion Batteries According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 42.5 wt% 활성 전극 물질, 42.5 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 1.0이다.In this example, an 8 mm-diameter battery was produced, where the anode / cathode mass ratio was 1.0 for an electrode composition comprising 42.5 wt% active electrode material, 42.5 wt% electrolyte, and 15 wt% electron-conductive generating agent.
상기 배터리는 하기로 구성되었다:The battery consisted of:
- 양극 및 음극, 여기서 양극과 음극은 모두 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.021 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.021 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.0075 g의 카본블랙으로 구성됨. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음; 및Anode and cathode where both anode and cathode are 0.021 g LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.021 g LAG with an average particle size of 5-10 μm, and an average particle size of 50-100 nm and Timcal Consists of 0.0075 g of carbon black sold under the name Super P? By the company. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes; And
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.06 g의 LAG로 구성된 고체 전해질.A solid electrolyte consisting of 0.06 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm.
그 후, 양극, 전해질 및 음극을 이루는 다양한 혼합물들은 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Carbone Lorraine사에서 제품명 Papyex?로 시판되는 가요성 그래파이트 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, Sumitomo Inc.사에서 제품명 Dr Sinter 2080?으로 시판되는 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 이어서, 상기 배터리는 2개의 램프, 즉 압력 램프 및 온도 램프를 적용함으로써 형성되었다. 100 Mpa의 압력은 3분 내에 달성되었으며, 합성의 나머지 동안 유지되었다(7분). 680℃의 온도는 2단계로 달성되었다: 6분 동안 100 ℃.min-1의 램프, 그 후 2분 동안 40 ℃.min-1의 램프. 그 후, 상기 온도는 2분 동안 유지되었다. 상기 온도 램프는 3.2 ms의 14 주기(펄스의 12 주기 및 펄스가 없는 2 주기)에 걸쳐 한정된 펄스 DC 전류를 적용함으로써 획득되었다. 이어서, 상기 다이는 SPS의 챔버 내에서 냉각되었다. 이에 따라 획득된 배터리는 샌드페이퍼로 닦아서, 잔여 Papyex? 필름이 제거되었다.The various mixtures comprising the anode, electrolyte and cathode were then placed successively in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), inside a flexible graphite film sold under the name Papyex® by Carbone Lorraine. Protected. The die was then closed by a symmetrical piston, also made of grade 2333 graphite, introduced into a chamber of an SPS instrument sold under the name Dr Sinter 2080® by Sumitomo Inc., after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was then formed by applying two lamps, a pressure lamp and a temperature lamp. A pressure of 100 Mpa was achieved within 3 minutes and maintained for the rest of the synthesis (7 minutes). A temperature of 680 ° C. was achieved in two steps: a lamp of 100 ° C. min −1 for 6 minutes, followed by a lamp of 40 ° C. min −1 for 2 minutes. Thereafter, the temperature was maintained for 2 minutes. The temperature ramp was obtained by applying a finite pulse DC current over 14 cycles of 3.2 ms (12 cycles of pulse and 2 cycles without pulse). The die was then cooled in the chamber of the SPS. The battery thus obtained was wiped with sandpaper, leaving the remaining Papyex? The film was removed.
총 두께가 1240 ㎛인 8 mm-직경 "전 고상형" 배터리가 획득되었으며, 상기 배터리는 415 ㎛-두께 복합 양극 층, 410 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 물질의 415 ㎛-두께 층으로 구성된다.An 8 mm-diameter “all solid state” battery with a total thickness of 1240 μm was obtained, which was made up of a 415 μm-thick composite anode layer, a 410 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer, and a 415 μm-thick layer of negative electrode material. It is composed.
상기 배터리에서, 양극/음극 질량비는 42.5 wt% Li3V2(PO4)3 활성 전극 물질, 42.5 wt% Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 전해질 및 15 wt% Super P? 카본을 포함하는 전극 조성물에 대해 1이다.In the battery, the anode / cathode mass ratio was 42.5 wt% Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 active electrode material, 42.5 wt% Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 electrolyte, and 15 wt% Super P? 1 for the electrode composition comprising carbon.
그 후, 상기 배터리에 대해 상기 실시예 2에 기재되어 있는 전기화학적 테스트가 수행되었다. Thereafter, the electrochemical test described in Example 2 was performed on the battery.
본 명세서에 첨부된 도 6에는 120℃ 및 다양한 상태에서 획득된 배터리에 대한 전기화학적 커브가 도시되어 있다. 도 6에서, 전위 V는 활성 물질의 몰 당 삽입된 리튬량의 함수이다(회백색 선: C/32에 대한 사이클; 검정색 선: C/20에 대한 사이클).6 attached to the specification shows the electrochemical curves for the battery obtained at 120 ° C. and various states. In FIG. 6, the potential V is a function of the amount of lithium inserted per mole of active material (grey line: cycle for C / 32; black line: cycle for C / 20).
실시예 6Example 6 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형" Li-이온 배터리의 제조Preparation of "All Solid" Li-Ion Batteries According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 1이다.In this example, an 8 mm-diameter battery was produced, where the anode / cathode mass ratio was 1 for an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte and 15 wt% electron-conducting generator.
상기 배터리는 하기로 구성되었다:The battery consisted of:
- 평균 입자 크기가 1 ㎛인 0.05 g의 LiCoPO4(LCP), 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.12 g의 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAG), 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.03 g의 카본블랙으로 구성된 양극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.05 g of LiCoPO 4 (LCP) with an average particle size of 1 μm, 0.12 g of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAG) with an average particle size of 5-10 μm, and an average particle size of 50 Anode consisting of 0.03 g of carbon black sold at -100 nm and sold under the name Super P® by Timcal. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes;
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.05 g의 Li3V(PO4)3(LVP), 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.12 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 시판되는 0.03 g의 Super P? 카본으로 구성된 음극. 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음; 및0.05 g of Li 3 V (PO 4 ) 3 (LVP) with an average particle size of 30-40 μm, 0.12 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and an average particle size of 50-100 nm and Timcal 0.03 g of Super P? Cathode consisting of carbon. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes; And
- 입자 크기가 0.4 내지 5 ㎛인 0.1 g의 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3로 구성된 고체 전해질.A solid electrolyte consisting of 0.1 g of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 with a particle size of 0.4 to 5 μm.
그 후, 양극, 전해질 및 음극을 이루는 다양한 혼합물들은 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Carbone Lorraine사에서 제품명 Papyex?로 시판되는 가요성 그래파이트 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, Sumitomo Inc.사에서 제품명 Dr Sinter 2080?으로 시판되는 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 이어서, 상기 배터리는 2개의 램프, 즉 압력 램프 및 온도 램프를 적용함으로써 형성되었다. 100 Mpa의 압력은 3분 내에 달성되었으며, 합성의 나머지 동안 유지되었다(7분). 650℃의 온도는 2단계로 달성되었다: 5분 동안 100 ℃.min-1의 램프, 그 후 3분 동안 50 ℃.min-1의 램프. 그 후, 상기 온도는 2분 동안 유지되었다. 상기 온도 램프는 3.2 ms의 14 주기(펄스의 12 주기 및 펄스가 없는 2 주기)에 걸쳐 한정된 펄스 DC 전류를 적용함으로써 획득되었다. 이어서, 상기 다이는 SPS의 챔버 내에서 냉각되었다. 이에 따라 획득된 배터리는 샌드페이퍼로 닦아서, 잔여 Papyex? 필름이 제거되었다. The various mixtures comprising the anode, electrolyte and cathode were then placed successively in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), inside a flexible graphite film sold under the name Papyex® by Carbone Lorraine. Protected. The die was then closed by a symmetrical piston, also made of grade 2333 graphite, introduced into a chamber of an SPS instrument sold under the name Dr Sinter 2080® by Sumitomo Inc., after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was then formed by applying two lamps, a pressure lamp and a temperature lamp. A pressure of 100 Mpa was achieved within 3 minutes and maintained for the rest of the synthesis (7 minutes). A temperature of 650 ° C. was achieved in two steps: a lamp of 100 ° C. min −1 for 5 minutes, then a lamp of 50 ° C. min −1 for 3 minutes. Thereafter, the temperature was maintained for 2 minutes. The temperature ramp was obtained by applying a finite pulse DC current over 14 cycles of 3.2 ms (12 cycles of pulse and 2 cycles without pulse). The die was then cooled in the chamber of the SPS. The battery thus obtained was wiped with sandpaper, leaving the remaining Papyex? The film was removed.
총 두께가 3030 ㎛인 모노리식 8 mm-직경 Li-이온 배터리가 획득되었으며, 상기 배터리는 940 ㎛-두께 복합 양극 층, 740 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 물질의 1350 ㎛-두께 층으로 구성된다.A monolithic 8 mm-diameter Li-ion battery with a total thickness of 3030 μm was obtained, which consisted of a 940 μm-thick composite anode layer, a 740 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer and a 1350 μm-thick layer of negative electrode material. It is composed.
상기 배터리에서, 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 전해질 및 15 wt% Super P? 카본을 포함하는 전극 조성물에 대해 1이다.In the battery, the anode / cathode mass ratio was 25 wt% active electrode material, 60 wt% Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 electrolyte, and 15 wt% Super P? 1 for the electrode composition comprising carbon.
실시예 7Example 7 : 본 발명의 방법에 따른 "전 고상형" Li-이온 전지의 제조Preparation of "All Solid" Li-Ion Cells According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리 스택(stack)이 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 0.5이다.In this example, an 8 mm-diameter battery stack was fabricated, wherein the anode / cathode mass ratio was determined in an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte and 15 wt% electron-conducting generator. About 0.5.
본 명세서에 첨부된 도 7에는 병렬로 연결된 2개의 배터리를 포함하는 전지(1)의 도식도가 도시되어 있다.7 attached hereto is a schematic diagram of a
도 7에서 보여지는 순서대로 상기 전지(1)는 하기로 구성된다:In the order shown in FIG. 7 the
- 20 ㎛(동 박) 전류 컬렉터(2);A 20 μm (copper foil)
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.0125 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 시판되는 0.0075 g의 Super P? 카본으로 구성된 제1 음극(3). 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.0125 g of LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.03 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.0075 g of Super P commercially available from Timcal with an average particle size of 50-100 nm. First cathode (3) consisting of carbon. The mixture of ingredients was manually ground in agate induction for 20 minutes;
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG로 구성된 고체 전해질(4);A
- 평균 입자 크기가 15-20 ㎛인 0.00625 g의 LFP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.015 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.00375 g의 카본블랙으로 구성된 제1 양극(5). 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.00625 g of LFP with an average particle size of 15-20 μm, 0.015 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.00375 available from Timcal under the trade name Super P? A
- 20 ㎛(스테인리스강 박) 전류 컬렉터(6);A 20 μm (stainless steel foil)
- 제1 양극(5)과 동일한 제2 양극(7);A
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG로 구성된 고체 전해질(8);A
- 제1 음극(3)과 동일한 제2 음극(9); 및A second
- 20 ㎛(동 박) 전류 컬렉터(10).20 μm (copper foil)
다양한 성분들이 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Papyex? 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, 상기 실시예 1에서 사용된 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 상기 배터리는 상기 실시예 1에 기재되어 있는 조건하에서 형성되었다.Various components were placed in series in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), inside the Papyex®. Protected with film. The die was then closed by a symmetric piston also made of grade 2333 graphite and introduced into the chamber of the SPS instrument used in Example 1, after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was formed under the conditions described in Example 1 above.
총 두께가 1520 ㎛인 8 mm-직경 양극 전지가 획득되었으며, 상기 전지는 170 ㎛-두께 복합 양극 층, 200 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 370 ㎛-두께 복합 음극 층으로 구성된다.An 8 mm-diameter positive electrode cell with a total thickness of 1520 μm was obtained, which consisted of a 170 μm-thick composite positive electrode layer, a 200 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer and a 370 μm-thick composite negative electrode layer.
실시예 8Example 8 : 본 발명의 방법에 따른 2개 "전 고상형" Li-이온 배터리의 스택의 제조Preparation of a Stack of Two "All Solid" Li-Ion Batteries According to the Method of the Invention
본 실시예에서, 8 mm-직경 배터리가 제조되었으며, 여기서 양극/음극 질량비는 25 wt% 활성 전극 물질, 60 wt% 전해질 및 15 wt% 전자-전도성 생성제를 포함하는 전극 조성물에 대해 0.5이다.In this example, an 8 mm-diameter battery was produced, where the anode / cathode mass ratio was 0.5 for an electrode composition comprising 25 wt% active electrode material, 60 wt% electrolyte and 15 wt% electron-conductive generating agent.
본 명세서에 첨부된 도 8에는 직렬로 연결된 2개의 배터리를 포함하는 양극 전지(11)의 도식도가 도시되어 있다.8 attached to the present specification shows a schematic diagram of a
이 직렬 스택(도 8)은 하기로 구성된다:This serial stack (Figure 8) consists of:
- 20 ㎛(동 박) 전류 컬렉터(12);20 μm (copper foil)
- 평균 입자 크기가 30-40 ㎛인 0.0125 g의 LVP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 시판되는 0.0075 g의 Super P? 카본으로 구성된 제1 음극(13). 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.0125 g of LVP with an average particle size of 30-40 μm, 0.03 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.0075 g of Super P commercially available from Timcal with an average particle size of 50-100 nm. The first
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG로 구성된 고체 전해질(14);A
- 평균 입자 크기가 15-20 ㎛인 0.00625 g의 LFP, 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.015 g의 LAG, 및 평균 입자 크기가 50-100 nm이고 Timcal사에서 제품명 Super P?로 시판되는 0.00375 g의 카본블랙으로 구성된 제1 양극(15). 상기 성분들의 혼합물은 20분 동안 마노유발에서 수동으로 분쇄되었음;0.00625 g of LFP with an average particle size of 15-20 μm, 0.015 g of LAG with an average particle size of 5-10 μm, and 0.00375 available from Timcal under the trade name Super P? A
- 20 ㎛(스테인리스강 박) 전류 컬렉터(16);A 20 μm (stainless steel foil)
- 제1 음극(13)과 동일한 제2 음극(17);A second
- 평균 입자 크기가 5-10 ㎛인 0.03 g의 LAG로 구성된 고체 전해질(18);A
- 제1 양극(15)과 동일한 제2 양극(19); 및A
- 20 ㎛(스테인리스강 박) 전류 컬렉터(20).20 μm (stainless steel foil)
다양한 성분들이 8 mm-직경 그래파이트 다이(grade 2333, Carbone Lorraine) 내에 연속적으로 놓여졌으며, 그 내부는 Papyex? 필름으로 보호되었다. 이어서, 상기 다이는 grade 2333 그래파이트로 또한 제조된 대칭 피스톤에 의해 폐쇄되고, 상기 실시예 1에서 사용된 SPS 기기의 챔버 내로 도입되었으며, 그 후 챔버는 이차 진공으로 펌핑되었다. 상기 배터리는 상기 실시예 1에 기재되어 있는 조건하에서 형성되었다.Various components were placed in series in an 8 mm-diameter graphite die (grade 2333, Carbone Lorraine), inside the Papyex®. Protected with film. The die was then closed by a symmetric piston also made of grade 2333 graphite and introduced into the chamber of the SPS instrument used in Example 1, after which the chamber was pumped into secondary vacuum. The battery was formed under the conditions described in Example 1 above.
총 두께가 1550 ㎛인 8 mm-직경의 직렬 2개 배터리의 스택이 획득되었으며, 상기 전지는 170 ㎛-두께 양극 합성물 층, 200 ㎛-두께 중간 고체-전해질 층 및 음극 합성물의 370 ㎛-두께 층으로 구성된다.A stack of two 8 mm-diameter series batteries having a total thickness of 1550 μm was obtained, the cell comprising a 170 μm-thick positive electrode composite layer, a 200 μm-thick intermediate solid-electrolyte layer and a 370 μm-thick layer of negative electrode composite It consists of.
Claims (32)
- 하나 이상의 활성 음극 재료 파우더, 하나 이상의 고체 전해질 파우더 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하는 분말성 혼합물(MP1)을 제조하는 단계; 및
- 하나 이상의 활성 리튬계 양극 재료 파우더, 하나 이상의 고체 전해질 파우더 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하는 분말성 혼합물(MP2)을 제조하는 단계;를 포함하고,
- 상기 배터리는 하나 이상의 혼합물(MP1) 층 및 하나 이상의 혼합물(MP2) 층을 겹쳐서 단일 단계 내에서 형성되며, 상기 층들은 분말 형태의 하나 이상의 중간 고체 전해질 층에 의해 서로 분리되고, 이와 동시에 상기 3개 층 세트를 20 MPa 이상의 압력에서 펄스 전류에 의해 소결시키고,
- 분말 형태의 고체 전해질의 입자 크기는 5 ㎛ 이하이고,
- 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 고체 전해질의 함량은 서로 독립적으로 10 내지 80 wt%의 범위에 있고,
- 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 전자-전도성 생성제의 함량은 서로 독립적으로 2 내지 25 wt%의 범위에 있고,
- 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 활성 전극 재료의 함량은 서로 독립적으로 20 내지 85 wt%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.An all-solid-state lithium-ion battery having a monolithic body comprising at least one composite cathode layer and at least one composite anode layer, the layers separated from one another by at least one intermediate solid electrolyte layer As a manufacturing method of
Preparing a powdery mixture (MP1) comprising at least one active cathode material powder, at least one solid electrolyte powder and at least one electron-conductive generating agent; And
Preparing a powdered mixture (MP2) comprising at least one active lithium-based positive electrode material powder, at least one solid electrolyte powder and at least one electron-conductive generating agent;
The battery is formed in a single step by overlapping one or more mixture (MP1) layers and one or more mixture (MP2) layers, the layers being separated from each other by one or more intermediate solid electrolyte layers in powder form, and at the same time the 3 Sintered set of layers is sintered by pulse current at a pressure of 20 MPa or more,
The particle size of the solid electrolyte in powder form is 5 μm or less,
The contents of the solid electrolyte of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) are independently of each other in the range of 10 to 80 wt%,
The content of the electron-conducting generating agent of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is independently from each other in the range of 2 to 25 wt%,
The content of the active electrode material of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is independently from each other in the range of 20 to 85 wt%.
혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2) 각각의 상기 고체-전해질의 함량은 서로 독립적으로 30 내지 80 wt%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method of claim 1,
The content of the solid-electrolyte of each of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) is independently of each other in the range of 30 to 80 wt%.
혼합물(MP1), 혼합물(MP2) 및 중간 전해질 층에 사용될 수 있는 상기 고체 전해질 파우더의 입자 크기는 상기 혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2)에 존재하는 다른 분말성 성분의 입자 크기보다 더 작은 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method according to claim 1 or 2,
The particle size of the solid electrolyte powder which can be used in the mixture (MP1), the mixture (MP2) and the intermediate electrolyte layer is smaller than the particle size of the other powdery components present in the mixture (MP1) and the mixture (MP2). Method for producing a solid-state lithium-ion battery to be.
고체 전해질 파우더의 입자 크기는 1 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Particle size of the solid electrolyte powder is a method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that less than 1 ㎛.
혼합물(MP1) 및 혼합물(MP2)의 평균 입자 크기는 서로 독립적으로 1 내지 10㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that the average particle size of the mixture (MP1) and the mixture (MP2) independently of each other in the range of 1 to 10㎛.
혼합물(MP1)의 입자 크기는 혼합물(MP2)의 입자 크기와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 5,
The particle size of the mixture (MP1) is substantially the same as the particle size of the mixture (MP2) method for producing a solid-state lithium-ion battery.
활성 음극 재료는 리튬인산염, 티타늄/리튬 산화물, 니오븀인산염, 실리콘 및 흑연 중에서 선택되고, 선택적으로 AlPO4, Li2SiO3, ZrO2, FePO4와 같은 보호층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The active cathode material is selected from lithium phosphate, titanium / lithium oxide, niobium phosphate, silicon and graphite and is optionally coated with a protective layer such as AlPO 4 , Li 2 SiO 3 , ZrO 2 , FePO 4 . Method of manufacturing a normal type lithium-ion battery.
활성 음극 재료는 Li3V2(PO4)3, LiTi2(PO4)3 또는 이의 혼합물로부터 선택된 리튬인산염인 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The active cathode material is a lithium phosphate selected from Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LiTi 2 (PO 4 ) 3 or mixtures thereof.
고체 전해질은 일반식 Li1+xAlxM2-x(PO4)3을 갖는 리튬인산염으로부터 선택되고, 상기 식 중 M = Ge, Ti, Zr, Hf이고 0 < x < 1인 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 8,
The solid electrolyte is selected from lithium phosphates having the general formula Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 , wherein M = Ge, Ti, Zr, Hf and 0 <x <1 Method for producing an all-solid-state lithium-ion battery.
리튬인산염은 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 및 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.10. The method of claim 9,
Lithium phosphate is selected from Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 And Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 A method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that.
상기 3개의 층은 동일한 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
And said three layers comprise the same electrode.
상기 혼합물(MP1)에 존재하는 고체 전해질은 상기 혼합물(MP2)에 존재하는 고체 전해질과 상이하고, 혼합물(MP1) 층은 하나 이상의 고체 전해질(E1)을 포함하고, 혼합물(MP2) 층은 상기 고체 전해질(E1)과 상이한 하나 이상의 고체 전해질(E2)을 포함하고, 상기 혼합물(MP1) 층과 혼합물(MP2) 층을 분리하는 전해질 층은 상기 혼합물(MP1) 층과 접촉하고 있는 하나 이상의 전해질(E1) 층, 및 상기 혼합물(MP2) 층과 접촉하고 있는 하나 이상의 전해질(E2) 층으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는, 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The solid electrolyte present in the mixture (MP1) is different from the solid electrolyte present in the mixture (MP2), the mixture (MP1) layer comprises at least one solid electrolyte (E1), and the mixture (MP2) layer is the solid At least one electrolyte (E1) comprising at least one solid electrolyte (E2) different from the electrolyte (E1), wherein the electrolyte layer separating the mixture (MP1) layer and the mixture (MP2) layer is in contact with the mixture (MP1) layer. A layer, and at least one electrolyte (E2) layer in contact with the mixture (MP2) layer, characterized in that the manufacturing method of the solid-state lithium-ion battery.
활성 양극 재료는 리튬인산염 및 리튬 산화물로부터 선택되고, 선택적으로 AlPO4, Li2SiO3, ZrO2, FePO4와 같은 보호층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12,
The active cathode material is selected from lithium phosphate and lithium oxide, and is optionally coated with a protective layer such as AlPO 4 , Li 2 SiO 3 , ZrO 2 , FePO 4. .
활성 양극 재료로 사용될 수 있는 상기 리튬인산염은 LiFePO4, Li3V2(PO4)3, LiCoPO4, LiMnPO4, LiNiPO4 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method of claim 13,
The lithium phosphate which can be used as the active positive electrode material is an all-solid-state lithium-ion battery characterized in that it is selected from LiFePO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 and mixtures thereof. Manufacturing method.
상기 활성 음극 재료, 하나 이상의 고체 전해질 및 활성 양극 재료는 리튬인산염으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.15. The method according to any one of claims 1 to 14,
Wherein said active negative electrode material, at least one solid electrolyte and active positive electrode material are selected from lithium phosphate.
상기 전자-전도성 생성제는 카본계 재료, 금속 및 질화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.16. The method according to any one of claims 1 to 15,
Wherein said electron-conducting generator is selected from carbon-based materials, metals, and nitrides.
상기 전자-전도성 생성제는 나노 단위 크기의 입자 형태의 카본계 재료인 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.17. The method according to any one of claims 1 to 16,
The electron-conducting generator is a method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that the carbon-based material in the form of particles of a nano unit size.
소결 작용은 아르곤 또는 질소 대기 중 일차 또는 이차 진공하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 17,
The sintering operation is a method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that carried out under primary or secondary vacuum in an argon or nitrogen atmosphere.
소결 작용은 5 내지 200 MPa의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.19. The method according to any one of claims 1 to 18,
The sintering action is a method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that carried out at a pressure of 5 to 200 MPa.
최대 소결 온도는 500 내지 1000℃의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.20. The method according to any one of claims 1 to 19,
The maximum sintering temperature is a method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that in the range of 500 to 1000 ℃.
소결 작용은 600 내지 700 ℃의 최대 소결 온도에서 약 100 MPa의 압력의 이차 진공하에서 수행되고 2 내지 4분 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.21. The method according to any one of claims 1 to 20,
Sintering action is 600 to 700 A process for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that it is carried out under a secondary vacuum at a pressure of about 100 MPa at a maximum sintering temperature of < RTI ID = 0.0 >
상기 펄스 전류의 크기는 10 내지 8000A의 범위에 있고, 각각의 펄스의 길이는 1 내지 5 ms의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.22. The method according to any one of claims 1 to 21,
The magnitude of the pulse current is in the range of 10 to 8000 A, and the length of each pulse is in the range of 1 to 5 ms.
배터리를 형성하는 동안에, 혼합물(MP1) 층, 전해질 층 및 혼합물(MP2) 층이 동시에 소결되도록, 하나 이상의 전류 컬렉터가 혼합물(MP1) 층의 외부면 및/또는 혼합물(MP2) 층의 외부면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 22,
During battery formation, one or more current collectors are connected to the outer surface of the mixture (MP1) layer and / or the outer surface of the mixture (MP2) layer such that the mixture (MP1) layer, electrolyte layer and mixture (MP2) layer are sintered simultaneously. Method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that located.
상기 전류 컬렉터는, 구리, 니켈, 스테인리스 강, 알루미늄, 카본, 티타늄, 은, 금, 백금 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.24. The method of claim 23,
The current collector is selected from copper, nickel, stainless steel, aluminum, carbon, titanium, silver, gold, platinum or alloys thereof.
제1 컬렉터/혼합물(MP1) 층/고체 전해질 층/혼합물(MP2) 층/제2 컬렉터의 다섯 개 이상의 층을 동시에 소결하기 위하여, 제1 전류 컬렉터는 혼합물(MP1) 층에 위치하고 제2 전류 컬렉터는 혼합물(MP2) 층에 위치하는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리의 제조방법.The method of claim 23 or 24,
In order to simultaneously sinter five or more layers of the first collector / mixture (MP1) layer / solid electrolyte layer / mixture (MP2) layer / second collector, the first current collector is located in the mixture (MP1) layer and the second current collector Method for producing a solid-state lithium-ion battery, characterized in that located in the mixture (MP2) layer.
상기 배터리는 3개 이상의 겹쳐진 층에 의해 형성된 모놀리스식 바디를 포함하고,
- 하나 이상의 복합 음극 층은 하나 이상의 활성 음극 재료, 하나 이상의 고체 전해질 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하고,
- 하나 이상의 복합 양극 층은 하나 이상의 활성 리튬계 양극 재료, 하나 이상의 고체 전해질 및 하나 이상의 전자-전도성 생성제를 포함하고,
- 하나 이상의 중간 고체 전해질 층은 상기 복합 음극 층과 상기 복합 양극 층을 분리하고,
- 상기 복합 전극 층 각각의 고체 전해질의 함량은 서로 독립적으로 10 내지 80 wt%의 범위에 있고,
- 상기 복합 전극 층 각각의 전자-전도성 생성제의 함량은 서로 독립적으로 2 내지 25 wt%의 범위에 있고,
- 상기 복합 전극 층 각각의 활성 음극 및 양극 재료의 함량은 서로 독립적으로 20 내지 85 wt%의 범위에 있으며,
- 상기 전극 층 각각의 두께는 서로 독립적으로 30 내지 1400 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 전 고상형 리튬-이온 배터리.An all-solid-state lithium-ion battery obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 25,
The battery comprises a monolithic body formed by three or more overlapping layers,
At least one composite cathode layer comprises at least one active cathode material, at least one solid electrolyte and at least one electron-conducting generator,
At least one composite anode layer comprises at least one active lithium-based anode material, at least one solid electrolyte and at least one electron-conducting generator,
At least one intermediate solid electrolyte layer separates the composite cathode layer and the composite anode layer,
The content of the solid electrolyte in each of the composite electrode layers is in a range from 10 to 80 wt% independently of each other,
The content of the electron-conducting generating agent of each of the composite electrode layers is independently in the range of 2 to 25 wt%,
The contents of the active cathode and anode materials of each of the composite electrode layers are independent of each other in the range of 20 to 85 wt%,
The thickness of each of said electrode layers is independently from each other in the range of from 30 to 1400 μm.
복합 전극 층 각각의 두께는 서로 독립적으로 50 ㎛ 내지 800 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리.The method of claim 26,
And the thickness of each of the composite electrode layers is independently from each other in the range of 50 μm to 800 μm.
상기 중간 전해질 층의 두께는 10 내지 500 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리.The method of claim 26 or 27,
The thickness of the intermediate electrolyte layer is a solid-state lithium-ion battery, characterized in that in the range of 10 to 500 ㎛.
복합 전극 층 각각의 고체 전해질 함량은 서로 독립적으로 30 wt% 내지 80 wt%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리.29. The method according to any one of claims 26 to 28,
The solid electrolyte content of each of the composite electrode layers is independently in the range of 30 wt% to 80 wt%, all-solid-state lithium-ion battery.
상기 모놀리스식 바디는 외부 면에서, 복합 음극 층 및/또는 복합 양극 층 위에 겹쳐진 하나 이상의 전류 컬렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리.30. The method according to any one of claims 26 to 29,
Wherein said monolithic body further comprises at least one current collector superimposed on the composite cathode layer and / or the composite anode layer on an outer side thereof.
상기 전류 컬렉터 층은 구리, 니켈, 스테인리스 강, 알루미늄, 카본, 티타늄, 은, 금, 백금 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전 고상형 리튬-이온 배터리.31. The method of claim 30,
And the current collector layer is selected from copper, nickel, stainless steel, aluminum, carbon, titanium, silver, gold, platinum or alloys thereof.
상기 두 개 이상의 배터리는 상기 배터리들 중 어느 하나에 속하는 전류 컬렉터에 의해 연결되고, 상기 전류 컬렉터는 이온의 이동에 대한 물리적 장벽을 형성하는 것을 특징으로 하는, 배터리 스택.
A battery stack comprising at least two batteries according to claim 30, wherein
Wherein the two or more batteries are connected by a current collector belonging to any one of the batteries, the current collector forming a physical barrier to the movement of ions.
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JP6466065B2 (en) * | 2014-02-03 | 2019-02-06 | 古河機械金属株式会社 | Positive electrode material, positive electrode, and lithium ion battery |
JP6651708B2 (en) * | 2014-05-19 | 2020-02-19 | Tdk株式会社 | Lithium ion secondary battery |
JP6623542B2 (en) * | 2014-05-19 | 2019-12-25 | Tdk株式会社 | Lithium ion secondary battery |
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JP6316091B2 (en) * | 2014-05-19 | 2018-04-25 | Tdk株式会社 | Lithium ion secondary battery |
US20170279401A1 (en) * | 2014-08-18 | 2017-09-28 | Stc.Unm | Ultra wide spectrum photovoltaic-thermoelectric solar cell |
EP3283450A4 (en) | 2015-04-16 | 2018-10-17 | QuantumScape Corporation | Setter plates for solid electrolyte fabrication and methods of using the same to prepare dense solid electrolytes |
US9966630B2 (en) | 2016-01-27 | 2018-05-08 | Quantumscape Corporation | Annealed garnet electrolyte separators |
US20170331092A1 (en) | 2016-05-13 | 2017-11-16 | Quantumscape Corporation | Solid electrolyte separator bonding agent |
EP3471178B1 (en) | 2016-06-13 | 2022-09-28 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Negative-electrode active substance, mixed negative-electrode active substance material, and method for manufacturing negative-electrode active substance |
DE102016212050A1 (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Composite cathode layer construction for lithium-based solid-state batteries and a method for its production |
US11158880B2 (en) | 2016-08-05 | 2021-10-26 | Quantumscape Battery, Inc. | Translucent and transparent separators |
FR3055242B1 (en) | 2016-08-25 | 2018-08-10 | I-Ten | HOT PRESSING TOOL, METHOD FOR CARRYING OUT THE SAME, INSTALLATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
JP6854100B2 (en) | 2016-08-31 | 2021-04-07 | 株式会社日本マイクロニクス | Secondary battery |
DE102016217705A1 (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-15 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fiber reinforced sintered electrode |
JP6215426B1 (en) * | 2016-09-21 | 2017-10-18 | オリジン電気株式会社 | Heating device and method for manufacturing plate-like member |
US11916200B2 (en) | 2016-10-21 | 2024-02-27 | Quantumscape Battery, Inc. | Lithium-stuffed garnet electrolytes with a reduced surface defect density and methods of making and using the same |
DE102016015191B3 (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Lithium-ion solid-state accumulator and method for producing the same |
CN106876707A (en) * | 2017-04-05 | 2017-06-20 | 宁波力赛康新材料科技有限公司 | A kind of solid lithium battery |
US11489193B2 (en) | 2017-06-23 | 2022-11-01 | Quantumscape Battery, Inc. | Lithium-stuffed garnet electrolytes with secondary phase inclusions |
US10347937B2 (en) | 2017-06-23 | 2019-07-09 | Quantumscape Corporation | Lithium-stuffed garnet electrolytes with secondary phase inclusions |
KR20200047649A (en) * | 2017-08-31 | 2020-05-07 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | Mixed-type complex solid-state electrolyte for electrochemical cells |
CN108878953A (en) * | 2017-09-11 | 2018-11-23 | 长城汽车股份有限公司 | Solid state lithium battery, forming method and vehicle |
US11600850B2 (en) | 2017-11-06 | 2023-03-07 | Quantumscape Battery, Inc. | Lithium-stuffed garnet thin films and pellets having an oxyfluorinated and/or fluorinated surface and methods of making and using the thin films and pellets |
WO2019139966A1 (en) * | 2018-01-09 | 2019-07-18 | The Regents Of The University Of Michigan | Current collector clad with lithium ion conducting solid electrolyte |
JP6512332B2 (en) * | 2018-03-27 | 2019-05-15 | Tdk株式会社 | Lithium ion secondary battery |
FR3080957B1 (en) | 2018-05-07 | 2020-07-10 | I-Ten | MESOPOROUS ELECTRODES FOR THIN FILM ELECTROCHEMICAL DEVICES |
CN111092254B (en) * | 2018-10-23 | 2022-05-17 | 中信国安盟固利动力科技有限公司 | All-solid-state battery with low interface impedance and high interface compatibility |
KR20220048971A (en) * | 2019-05-17 | 2022-04-20 | 유니버시티 오브 매릴랜드, 칼리지 파크 | High-temperature sintering system and method |
US20230009782A1 (en) * | 2019-12-10 | 2023-01-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Secondary battery |
US20230399239A1 (en) * | 2020-10-22 | 2023-12-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrode active material, preparation method therefor, electrode comprising same and secondary battery |
CN113380971B (en) * | 2021-06-07 | 2022-11-15 | 吉首大学 | Composite negative electrode material of thin-film lithium ion battery and preparation method thereof |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2540675B1 (en) | 1983-02-08 | 1986-02-28 | Accumulateurs Fixes | METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE FOR AN ELECTROCHEMICAL GENERATOR, AND ELECTRODE OBTAINED BY THIS METHOD |
JP3451256B2 (en) * | 1998-12-28 | 2003-09-29 | 財団法人電力中央研究所 | All-solid-state secondary battery and manufacturing method thereof |
JP4264513B2 (en) * | 2003-10-30 | 2009-05-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Composite powder for electrode and method for producing the same |
JP4381273B2 (en) * | 2004-10-01 | 2009-12-09 | 株式会社東芝 | Secondary battery and method for manufacturing secondary battery |
CN100495801C (en) * | 2004-12-13 | 2009-06-03 | 松下电器产业株式会社 | Laminate including active material layer and solid electrolyte layer, and all solid lithium secondary battery using the same |
JP2008021614A (en) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Nissan Motor Co Ltd | Electrode for battery |
JP2008059955A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Kokusai Kiban Zairyo Kenkyusho:Kk | Secondary battery, and its manufacturing method |
US20090123847A1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-05-14 | Kyushu University | All-solid-state cell |
JP5288816B2 (en) * | 2008-01-31 | 2013-09-11 | 株式会社オハラ | Solid battery |
CN101227016B (en) * | 2008-02-02 | 2013-03-27 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | Lithium ion power cell |
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